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技術(shù)文章

新型空心鉆頭的結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益，成為鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)鉆孔作業(yè)*理想的工具

空心鉆頭：空心鉆頭又名取芯鉆頭，開孔器，中心鉆頭，鋼板鉆頭，磁力鉆鉆頭，鋼軌鉆頭等 。鉆桿中間是中空的鉆頭，主要用于鉆物取芯。下面小編為大家介紹新型空心鉆頭的結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益。


近年來，由于鋼結(jié)構(gòu)具有良好的加工性能和焊接性能，同時(shí)，強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、材質(zhì)均勻且塑性韌性好、抗震性佳、綜合效益指標(biāo)優(yōu)良，在大跨結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房、火電、核電、多層或高層建筑、高聳建筑以及壓力容器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，鋼結(jié)構(gòu)制造和安裝企業(yè)像雨后春筍般在國內(nèi)各地涌現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)得到了較大的發(fā)展。制孔在鋼結(jié)構(gòu)制造中占有很大比重，尤其是高強(qiáng)螺栓的采用使孔加工不僅在數(shù)量上，而且在精度要求上都有了很大提高。鋼結(jié)構(gòu)工程制孔驗(yàn)收和質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[1]標(biāo)準(zhǔn)見表1和表2。

注：1.在節(jié)點(diǎn)中連接板與一根桿件相連的所有螺栓孔為一組；2.對接接頭在拼接板一側(cè)的螺栓孔為一組；3.在2相鄰節(jié)點(diǎn)或接頭間的螺栓孔為一組，但不包括上述2款所規(guī)定的螺栓孔；4.受彎構(gòu)件冀緣上的連接螺栓孔，每米長度范圍內(nèi)的螺栓孔為一組。

1條月產(chǎn)量在800 t左右的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線每天要完成2 000多個(gè)高強(qiáng)螺栓孔，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制孔工藝已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。數(shù)控切割機(jī)切割所制的孔孔壁面粗糙，有火焰割痕和氧化層，不能滿足精度要求；用普通標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆在搖臂鉆床上鉆孔能保證加工精度要求，但被加工件需要被定位和夾緊，效率不高；數(shù)控鉆床鉆孔有一定的局限性，只能加工鋼板件和角鋼等零件，不能加工較大構(gòu)件；采用模板定位麻花鉆鉆孔，模板要裝夾或點(diǎn)焊在待加工工件上，因此需要裝拆夾具或打磨焊點(diǎn)，效率也不高。綜上所述，迫切需求一種新型工具，打破傳統(tǒng)工藝，從而解決上述問題。新型空心鉆頭(又稱取芯鉆頭)就可以較好地解決這個(gè)難題。

1新型空心鉆頭的結(jié)構(gòu)
新型空心鉆是多刀刃環(huán)狀切削的高效鉆頭，鉆孔直徑為12～150 mm，主要用于對鋼構(gòu)件的鉆孔加工，如鋼結(jié)構(gòu)工程、軌道交通、橋梁、船舶、機(jī)械制造、航空航天等孔加工領(lǐng)域，其鉆孔性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的二刃麻花鉆，具有鉆孔效率高和鉆削輕快省力等特點(diǎn)。多刃鋼板鉆與磁座鉆機(jī)配套使用可以對大型鋼構(gòu)件進(jìn)行多方位鉆孔，操作方便靈活，有效縮短工程施工時(shí)間，已成為現(xiàn)代鋼構(gòu)件鉆孔及環(huán)形槽加工的優(yōu)選刀具?？招你@頭又名取芯鉆頭或開孔器，一般空心鉆頭切削深度為25 mm、35 mm、50 mm、75 mm和100 mm等?？招你@頭的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量是普通標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的3～5倍，其鉆孔速度要比傳統(tǒng)的麻花鉆頭快8～10倍，空心鉆頭及其裝在內(nèi)芯的頂針如圖1所示，空心鉆頭切削刃幾何參數(shù)如圖2所示。

新型空心鉆頭刃部采用的3枚組合刃的結(jié)構(gòu)、齒距不等分和特殊硬質(zhì)合金刀刃等是其**點(diǎn)。每枚組合刃由若干個(gè)外刃、中刃和內(nèi)刃組成，每個(gè)刀刃在切削過程中只負(fù)擔(dān)1/3左右的工作量，加之每個(gè)刀刃的內(nèi)側(cè)均有切削刀，所以可以使排屑非常順暢；另外，各刃分別負(fù)擔(dān)一部分切削工作的特性使得該孔鉆極不容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。因此，該空心鉆頭刃型鋒利，需要很小的動(dòng)力便能實(shí)現(xiàn)快速切削?？招你@頭刀刃的主要參數(shù)為：前角γ=10°～12°，后角a=7°～9°，副后角a1=2°～3°。新型空心鉆頭使用過程中前刀面不需要重磨，后刀面才是空心鉆頭*易重磨的面，因此空心鉆頭的刃磨是以刃磨后刀面來實(shí)現(xiàn)。新型空心鉆頭可對100 mm厚的鋼板進(jìn)行高精度和高速度的穿孔，也可以鉆交叉重疊孔。新型空心鉆頭配合專門帶有快裝連接彈簧套的動(dòng)力機(jī)器，具有效率快、成本低的特點(diǎn)，新型空心鉆頭刃部采用硬質(zhì)合金制造，具有3層端齒幾何參數(shù)，切削輕快，使用壽命長，三削平柄接口，適用于各種微型磁力鉆機(jī)。硬質(zhì)合金空心鉆頭通過采用轉(zhuǎn)換連接套，也可適用于各類立式鉆床、搖臂鉆床、銑床和車床等。
2新型空心鉆頭的經(jīng)濟(jì)效益
作為切削工具，人們使用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭已經(jīng)有100多年的歷史了，由于麻花鉆頭的鉆芯部分完全是負(fù)的切削角度，切削阻力很大，所以麻花鉆頭切削力的50%～60%是由于鉆頭的鉆芯產(chǎn)生的。綜合上述因素可知，麻花鉆頭不可能做得很大，加工更大、更深的孔就必須從鉆小孔開始一步一步地?cái)U(kuò)大，直到擴(kuò)孔尺寸達(dá)到要求為止。新型空心鉆頭擴(kuò)大了鉆頭的切削范圍，使用相對較小的動(dòng)力就可以加工大直徑孔和高深度孔，也可以把空心鉆頭的尺寸做得很大，變成了現(xiàn)在工程上普遍使用的開孔器(見圖3)，可鉆透多種等級的鋼筋混凝土、大理石、砂巖、天然石和瓷磚。新型空心鉆頭不僅降低了加工成本，還把過去認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)的加工工藝變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
孔加工屬半封閉式切削，切削熱集中于刀尖處，使切削刃溫度急劇升高；此外，因刀具進(jìn)給方向與切屑排出方向相反，普通標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆是由實(shí)體材料加工而成，所以只能采用外注切削液冷卻，切削液不易進(jìn)入切削區(qū)，從而加劇了切削刃溫度的升高，使刀具壽命降低。切削液注入方式可分為外注式切削液冷卻和內(nèi)噴式切削液冷卻。降低切削刃溫度*有效的方法是采用噴切削液冷卻，以輔助排屑潤滑和帶走大量地?zé)崃?。試?yàn)表明，內(nèi)噴式切削液冷卻效果比外注式切削液冷卻好效果3～5倍，即新型空心鉆頭可比普通標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆冷卻效果改善3～5倍。
由于空心鉆頭工作載荷小，只需要很小的動(dòng)力就能順利實(shí)現(xiàn)孔的加工，所以將空心鉆頭安裝在微型磁力鉆機(jī)上便能順利工作。空心鉆頭配合微型磁力鉆，通過磁力鉆機(jī)本身底部的電磁鐵通電后產(chǎn)生磁性，可以直接吸附在大型鋼結(jié)構(gòu)件上，實(shí)現(xiàn)了大工件、特大工件、異形件的孔加工，從而使不易轉(zhuǎn)移工位的大噸位件實(shí)現(xiàn)全方位的鉆孔加工，不需要任何夾具對工件進(jìn)行定位和夾緊，不依賴于機(jī)床便能高精度、高效率地完成鋼結(jié)構(gòu)制造和安裝工程中的制孔任務(wù)。
普通標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆鉆孔可產(chǎn)生長帶狀螺旋鐵屑，這種鐵屑常常纏繞在麻花鉆鉆頭周圍，很大程度上阻礙了外部切削液進(jìn)入鉆頭尖部，嚴(yán)重影響切削液的冷卻效果，并且鐵屑會(huì)伴隨整個(gè)切削過程隨麻花鉆頭旋轉(zhuǎn)而飛出，給操作工人的人身**帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。新型空心鉆頭在整個(gè)切削過程中由于其結(jié)構(gòu)和刃型的特殊性，只產(chǎn)生細(xì)末狀鐵屑和單個(gè)圓柱形鋼塊，危險(xiǎn)系數(shù)??；并且，從經(jīng)濟(jì)方面來講，使用新型空心鉆頭鉆孔產(chǎn)生的圓柱形鋼塊回收再利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)比使用標(biāo)準(zhǔn)麻花產(chǎn)生的鐵屑高很多。

下述以空心鉆頭安裝在微型磁力鉆機(jī)上鉆孔為例來說明其使用方法。首先，用劃針在工件上劃出待加工孔的中心線，在孔中心線的交叉點(diǎn)(孔的中心)上砸出樣沖眼；然后，將微型磁力鉆放在待加工孔的工件表面上，將空心鉆頭上的頂針對準(zhǔn)樣沖眼，打開電磁開關(guān)，將微型磁力鉆吸附在工件表面，打開主軸轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)，開始鉆孔，這時(shí)打開磁力鉆機(jī)上的冷卻系統(tǒng)對還在工作的空心鉆頭進(jìn)行冷卻；*后，當(dāng)孔徑鉆透時(shí)，空心鉆頭主軸內(nèi)的彈簧自然對頂針產(chǎn)生一個(gè)壓力，頂針受壓將圓柱形塊狀鐵屑彈出、單個(gè)鉆孔工作完成。

3結(jié)語

新型空心鉆頭的誕生解決了鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)的鉆孔難題，在未來鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展中，尤其是火電鋼構(gòu)、核電鋼構(gòu)和重型鋼構(gòu)等方面，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)會(huì)越來越高，對高強(qiáng)螺絲孔的精度要求也會(huì)越來越高，新型空心鉆頭將成為鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)鉆孔作業(yè)*理想的工具。

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