锻造钩尾框钩尾销孔加工工艺分析及优化
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【摘 要】随着科学技术的进步，产品更新换代的迅速，新型高强度、高硬度、难加工材料的不断出现，对孔加工的质量、加工效率和刀具的耐用度都提出了更高的要求。本文以锻造钩尾框钩尾销孔的加工为实例，通过几种加工方法的分析并进行优化，在加工成本和加工效率上达到事半功倍的效果。
【关键词】锻造钩尾框；孔加工；钻削
0.前言
锻造钩尾框（图1、图2、图3）作为铁路货车关键部件，由钩尾框框体和连接板焊接组成。呈长回字形空心框体结构，框体和连接板均采用模锻成型，且框板金属纤维流向方向与车钩冲击、牵引方向一致，内部组织致密，抗冲击、牵引能力强，使用寿命大大的延长。钩尾销孔起到连接车钩，传递牵引力的作用，生产批量大。
1.工艺分析
锻造钩尾框材质为25MnCrNiMoA，17型钩尾销孔的直径尺寸为Ф92+0.83-0.36mm，两侧销孔同轴度要求为0.45mm，表面粗糙度12.5μm，单侧壁厚60mm，调制处理后的硬度241-311HBW；QF-2型钩尾销孔的直径尺寸为Ф90+0.7+0.2mm，两侧销孔同轴度要求为0.45mm，表面粗糙度12.5μm，单侧壁厚60mm，调制处理后的硬度241-311HBW；16型钩尾销孔的直径尺寸为Ф106+1+0mm，表面粗糙度12.5μm，单侧壁厚40mm，调制处理后的硬度241-311HBW。
（1）针对钩尾框的材质和尾框硬度，采用高速钢刀具磨损较快，耐用度低，批量生产精度难以保证，加工可采用硬质合金刀具。
（2）采用通用钻床加工（Z3080），最大能钻直径80mm的孔，满足不了孔Ф92+0.83-0.36mm尺寸加工精度和两侧销孔同轴度的要求，同时生产效率低，不适合批量生产需要。
（3）采用普通镗床加工，需要分两工序加工完成，即先进行钻孔加工工序，然后再进行镗孔加工工序。优点是可以保证孔的尺寸加工精度和两侧销孔同轴度的要求；缺点生产效率低，不适合批量生产需求。
针对上述分析，又要保证大批量生产的要求，又要较少加工设备的数量，降低操作强度和加工成本，钩尾销孔加工采用专用机床加工，专机结构采用双侧动力头，16型、QF-2型等采用单侧动力头，孔的精度由刀具保证，形位精度由两动力头主轴的形位精度保证。
2.锻造钩尾框加工刀具分析
2.1复合刀具
因为两框板间距离为180mm，壁厚60mm，两种加工刀具在同一个刀杆上，加工刀具既要考虑加工钻头的磨损，又要考虑镗刀加工的安全距离，防止同时切削造成切削功率的瞬时增加导致刀杆颤动，影响加工精度，所以钻镗复合刀具设计实施较为困难（见图4），无法解决两工序加工间隔时间短和加工刀具干涉问题，如果采用分别加工，又满足不了加工效率，在满足加工能力的前提下，势必要增加设备成本和人工成本。
2.2硬质合金可转位浅孔钻头
硬质合金可转位浅孔钻头目前在很多行业广泛采用，铁路货车行业还是一个空白。硬质合金可转位浅孔钻头可以加工直径大于12mm、孔深小于3D的孔，它采用硬质合金可转位刀片制成。这种钻头不仅具有高切削性能，而且无需重磨钻尖。只要更换刀片，钻头体可长期使用。目前已成为数控钻床和加工中心上的常用钻头，钻前无须在工件上预钻中心孔，具有自定心能力。该刀具的加工质量和精度完全可以满足锻造钩尾框加工需要（图5）。
3.钩尾销孔加工方案确定与优化
3.1加工方案确定
通过对锻造钩尾框钩尾销孔加工设备和刀具的分析，都能保证钩尾销孔的加工精度，需对上述方案进行优化。主要从切削效率、刀具寿命、操作强度等分析可以看出，采用硬质合金可转位浅孔钻头进行加工，硬质合金可转位浅孔钻由刀体（附图6）及拖刀垫（附图7）组成，在拖刀垫上安装刀片。硬质合金可转位浅孔钻切削平稳、加工稳定，代替了钻、镗（扩）两道工序，较原加工工艺提高切削效率5倍以上、降低工具成本50%，刀具寿命提高3倍以上，节省原材料50%以上，且降低了工人的劳动强度。
采用硬质合金可转位浅孔钻头进行加工已成为目前我公司锻造钩尾框孔加工时的常规加工方法。钩尾销孔的直径由硬质合金刀头直径保证，相比采用镗床加工时的合格率大幅度提高，通过此刀具的加工锻造钩尾框钩尾销孔合格率达到100%。
3.2方案优化
由于锻造钩尾框钩尾销孔直径规格较多，加工时需要更换不同的优钻进行加工，致使钩尾框的加工成本较大，为了节约钩尾框的加工成本，硬质合金可转位浅孔钻采用分体式结构，整个刀体由四部分组成：刀具母体（图8）、可换刀头（图9）、密封圈、及刀垫组成。用统一刀柄更换不同切削直径的刀头，可有效降低刀具的使用成本。
4.结束语
随着科学技术的不断进步，机械加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的阶段，高速、高效的刀具应运用，不仅降低了加工成本，而且提高了生产效率，本文通过对锻造钩尾框钩尾销孔的加工的工艺分析和优化，为以后其他产品的孔加工提供了新的思路。