钣金制品钨钢热熔钻钻孔攻丝技术及应用

板金制品挤孔（钨钢热熔钻）技术及应用
本文介绍一种在板金制品上采用特制挤钻（钨钢热熔钻）进行挤(旋)压加工的新型工艺方法。

当挤钻（热熔钻）高速旋转，并在轴向力的作用下与薄板(管)加工部位的实体材料之间发生摩擦，产生摩擦热使该部位材料温度升高后软化屈服．塑性流动变成孔壁，从而得到较长的连接长度。

若在该孔上攻螺纹．可大大提高板金构件的连接强度。

这是株洲宏达模具制造有限公司引进国外技术的基础上开发的新产品。

关键词：板金制品；挤钻；挤(旋)压；热熔钻；挤压成型钻；热钻；Flowdrill；Formdrill
薄板、薄壁管及薄壁型材等薄壁金属统称为板金，以板金为原材料加工成的各种板金制品，在航空、汽车、机电、轻工食品及建筑等行业中，得到了广泛应用，其板金加工企业在我国国民经济中也占有较重要的地位。

越来越多的企业用板金制品来代替锻铸焊件和机械加工件，不仅节约了成本，而且轻便好用，但对板金构件而言，连接的问题显得尤为重要。

在较多行业中，通常采用铆、焊、螺纹连接及局部翻边等工艺方法来解决这个问题。

但是，同时也产生了诸如工艺装备复杂、加工周期长及效率低等新问题，因此，如何合理有效地解决这个问题已成为这些行业的一个新课题。

通过板金构件结构分析可知，用螺纹连接最简便，但薄板(管)等部件的螺纹连接旋合长度较短，其连接可靠性较差，通常做法是翻边或焊一块材料(螺母)，以增加连接长度。

设想根据摩擦热的原理，利用挤(旋)压的方法，将薄板(管)需加工孔部位的实体材料变成孔壁，以增加孔的连接长度。

为此，进行一系列的实验研究，证明这个设想可以发展成为一种新工艺方法。

1 挤钻（热熔钻）设计及加工成形过程
在厚度为h的板金制品上，利用特殊几何形状和参数的挤钻头对板金件的加工部位进行挤(旋)压加工，形成所需要的成形孔。

这是一种利用金属的塑性特性进行无屑加工的方法，板金制品上直径为D孔的实体材料塑性流动形成孔壁，使孔的长度达到H 。

1．1 挤钻设计
挤钻（热熔钻）是一种带缘的硬质合金刀具，由夹持柄部、凸缘、棱柱体、棱锥体和钻尖组成。

几何参数有夹持柄部的直径D1 和长度L2、凸缘的直径D1和长度L2、棱柱体的直径D 和长度L5、棱锥角a和长度L4、钻尖角、刃宽、棱边数，z和棱深t。

一般情况下，挤钻（热熔钻）的几何参数与加工部位的尺寸、成形形状、工件材质和板金厚度密切相关，并具有如下特点：①夹持柄部的直径D 和长度L：、凸缘的直径D：和长度厶和棱柱体的直径D 随着加工部位的尺寸的增大而增大。

②棱锥角a和长度L4、钻尖角随着材料的硬度的增加而减小。

③棱柱体长度L5随着板厚的增厚而增大。

④刃宽、棱边数，z和棱深t也随着加工的孔径D 的增大而变大。

通过反复试验，得到了挤钻（热熔钻）各几何参数的系列尺寸。

1．2 挤钻加工成形过程
当挤钻（热熔钻）高速旋转并对工件施加较高的轴向力，挤钻和工件的摩擦区域能够迅速达到600～750℃，工件局部软化使挤钻较易进入实体材料并逐渐穿透。

加工初始阶段，工件材料移动的方向与挤钻（热熔钻）的进给方向相反，而且所需的轴向力也较大，进给缓慢。

当工件材料软化后，所需的轴向力逐渐降低，进给速度也随之加快，直至完成整个加工成形过程。

这种利用挤钻（热熔钻）产生摩擦热而使被加工材料由温度升高、软化屈服直至
形成孔壁的新型工艺方法，能够得到较长的连接长度。

2 试验设计
2．1 试验装置及试件
整个加工成形及轴向力变化过程，如图3所示。

试验在Z512立式钻床(蚌埠台钻厂生产)上进行，主电机4 kW ，主轴转速为456~4 563 r／rain，手动进给，用标准型钻夹头夹持长型挤钻(D-3～12 ram)加工低碳钢板(^一1～3 ram)。

2．2 试验过程和结果
挤钻（热熔钻）直径与主轴关系曲线，如图4所示。

在进行挤孔试验过程中，改变钻床转速，手动进给时，开始进给速度较慢。

当挤钻与工件摩擦产生的温度，使工件加工部位逐渐呈暗红，工件软化，进给速度即刻加快，最终穿透并保证工件孔壁完整。

在钻床主电机功率足够的前提下，成形孔壁完整与否与主轴的转速(温度)有着密切的关系。

在该机床上，主轴转速在2条曲线之间，能得到较满意的工件孔型，通过测量得到所需要的挤孔壁长度H 一(3～4)^，加工时间f≈^+2，基本上达到了设计目的。

采用挤钻加工后的工件，其成形孔壁的内径与挤钻（热熔钻）的棱柱体的直径非常吻合，表面粗糙度也较低。

用这种加工工艺方法能够得到较高精度及较低粗糙度的孔，此孔由于加工硬化而具有较好的耐磨性。

2．3 攻螺纹试验结果
按用切削丝锥时的螺纹底径和用挤压丝锥时的螺纹中径确定挤钻分棱柱体的直径，制作挤钻（热熔钻），然后分别挤孔，再攻螺纹，得到较满意的结果。

3 挤钻（热熔钻）类型及应用
3．1 挤钻（热熔钻）类型
挤钻（热熔钻）按棱柱体的相对长度可分为长型、短型和短型特制型。

(1)长型挤钻（热熔钻）。

有较长的棱柱体，较整个孔壁长度略长，可用于轴衬。

(2)短型挤钻（热熔钻）。

有较短的棱柱体，这种设计使工件下端收口，当用挤压丝锥攻丝时，可增加螺纹旋合的长度。

(3)短型特制型挤钻（热熔钻）。

有较短的棱柱体和棱锥体，适用于生成长度受到限制(如小径管材)的情况。

3．2 挤钻（热熔钻）结构变化
(1)带锪平刀口的挤钻（热熔钻）。

当工件上端不允许有凸台部分时，挤钻（热熔钻）做锪平刀口，在加工时可将凸台锪平。

(2)带容屑槽的挤钻（热熔钻）。

挤钻（热熔钻）在钻尖部分可开有2条容屑槽，这种形式主要用于表面有硬化层的涂镀材料(如镀锌板)的加工，这种设计可降低所需的轴向力。

当用于手提钻或工件加工部分无足够的刚性时，也可采用这种挤钻（热熔钻）。

以上2种结构也可组合使用。

3．3 应用举例
用于有衬套或无衬套的连接。

增长了连接长度，用于铜焊及锡焊等连接。

直接作为滑动轴承。

螺纹连接，增长了螺纹的有效旋合长度。

4 结束语
(1)影响孔壁形状和尺寸的主要因素是挤钻（热熔钻）的类型、几何参数和主轴的转速。

一般情况下，孔径的尺寸精度达IT7～8，表面粗糙度为R 1．6～ 3．2。

(2) 影响孔壁完整的主要因素是机床的主轴刚性、主轴的回转精度、主电机功率和主轴的转速。

(3)试验证明，采用这种工艺方法加工板金，可制造较高精度的板金制品，如果用CNC控制的专用机床和特制的可自动换刀的钻夹头，使挤孔、攻螺纹一次装夹完成，可降低生产成本，提高生产效率。