柔性组合钻具的设计和使用

姜 霞, 郭晓东

(1.常德中车新能源汽车有限公司， 湖南 常德 415000； 2.沈阳百傲化学有限公司， 沈阳 110000)

目前国内客车木地板大部分采用沉头自攻螺钉固定，木地板传统的安装方式为先用麻花钻钻出螺钉底孔，然后更换直柄锪孔钻锪出沉头螺钉的法兰面锥形沉孔，再安装沉头自攻螺钉并紧固。钻一个固定孔需更换钻头反复操作两次才能完成，导致地板固定工位是整车流转下线的瓶颈工位。由于钻、锪孔分两次操作，同轴度也无法保证，而且锪孔没有限位装置，易受操作人员技能水平影响，使得锪孔深度一致性差，严重影响后期地板革安装质量。用此传统安装方式既无法达到产能需求，质量也不达标。因此，为提高木地板的固定效率和质量，本文设计了两种柔性组合钻具，并已申请实用新型专利。

1 柔性组合钻具设计方案

组合钻具钻、锪孔一次加工完成，同轴精度高，有锪孔限位装置，锪孔进给深度轴向可实现柔性调整，保证锪孔深度一致性。组合钻具主体材质选用含钴类高速钢，具有高硬度、红硬性及高温硬度，韧性好，价格低。

1.1 组合钻具设计方案一

组合钻具[1-3]分三部分组成：麻花钻、锪孔钻、柄部，如图1所示。图中d为麻花钻直径，dk为锪孔钻外径，k为锪孔深度，γ0为锪孔钻前角(前刀面与基面之间的夹角)，α0为锪孔钻后角(主后刀面与切削平面之间的夹角)。为保证切削性能，设置γ0=3°，α0=16°。由于锪孔时切削面积小，标准锪孔钻的切削刃数目多，容屑槽小，排屑困难，无法保证锪孔质量。为避免产生积屑现象影响结构强度，通过验证，锪孔钻切削刃数量由原来的4齿优化为3齿，切削平稳排屑顺畅。

图1 组合钻具示意图

组合钻具依据地板沉头自攻螺钉Q2746332(如图2所示)螺纹规格按间隙配合确定尺寸，尺寸参数见表1。

图2 沉头自攻螺钉示意图

表1 组合钻具尺寸表 mm

操作时利用组合钻具中的麻花钻钻出地板安装螺钉底孔，钻具中部锪孔钻锪出沉头螺钉法兰面锥形沉孔，柄部为电钻夹持部份，传递动力，实现钻锪孔。

该方案的优点是钻锪孔一次完成，保证钻锪同轴精度要求。缺点是钻锪一体设计，加工难度大，若底部切削刃断裂或锪孔切削刃损坏，钻具均无法正常使用，通用性差，增加成本。

1.2 组合钻具设计方案二

对方案一进行优化设计，如图3所示[4-6]，整套钻具由5个部件构成，包括麻花钻、锪孔钻、锪孔限位器和锪孔限位器紧定螺钉、锪孔钻紧定螺钉。

1) 麻花钻。按螺钉规格选取标准Φ6.2 mm麻花钻，通过麻花钻的切削部分钻出地板安装底孔。

2) 锪孔钻。锪孔钻的中部开有定位螺纹孔，紧定螺钉穿过螺纹将锪孔钻固定在麻花钻上，锪孔钻的切削刃由标准直柄锪钻的4个切削刃优化为3个。利用锪孔钻切削刃锪出沉头螺钉法兰面锥形沉孔。

3) 锪孔限位器。锪孔限位器中部开有定位螺纹孔，紧定螺钉穿过螺纹将锪孔限位器固定在锪孔钻上。利用锪孔限位器端面对锪孔深度的限位作用，达到锪孔深度的标准统一。

4) 锪孔钻紧定螺钉。完成锪孔钻与麻花钻的连接固定。

5) 锪孔限位器紧定螺钉。完成锪孔限位器与麻花钻、锪孔钻之间的连接固定；通过调整限位器紧定螺钉可柔性调节锪孔进给深度尺寸，以达到木地板螺钉紧固后螺钉头部与地板平面配合状态一致性。

图3 柔性组合钻具结构图

该方案的优点是组合钻具直接装夹在电钻上，装夹方便，操作简单，使钻、锪孔在同一步骤内完成，不仅可以保证锪出沉孔与钻出的安装底孔的同轴精度要求，组合钻具中的锪孔限位器还能通过限位螺钉精确调整锪孔进给深度[7-8]，保证锪孔尺寸标准一致性，从而保证沉头螺钉安装后头部与地板表面齐平状态一致。缺点是组合钻具加工成本较高。

该方案通过验证，已在我公司推广使用。

2 组合钻具使用及效果

2.1 组合钻具组装及使用

先将锪孔钻通过锪孔钻紧定螺钉沿轴向紧固在麻花钻上，再根据锪孔进给深度将锪孔限位器通过锪孔限位器紧定螺钉紧固在锪孔钻上。柔性钻组合钻具组装完成后将麻花钻钻柄垂直插入到电钻的三块咬合柱正中间，用专用电钻钥匙拧紧柔性钻组合钻具。

钻孔时，用麻花钻的切削刃部分钻出底孔尺寸，通过麻花钻的导向，带动锪孔钻切削刃锪出沉头螺钉法兰面锥形沉孔，达到钻、锪孔一次完成，并通过锪孔限位器端面的限位作用，达到锪孔进给深度的标准统一。

2.2 柔性组合钻具使用对比分析

柔性组合钻具中的麻花钻和锪孔钻可单独修磨或更换，钻锪孔只需一次完成，相对于原两道工序的加工方式，节省了更换钻头工序的操作时间。此柔性组合钻具不仅限于地板安装使用，还可推广在客车内外饰其他部件的沉头预制孔，如地板压条沉头预制孔等。以12 m城市客车为例，整车木地板固定螺钉数量约600个，地板压条固定螺钉约200个，每年节约生产成本约14.7万元。计算公式如下：

螺钉数量(600+200)×节约时间(10/3 600 h)×工时费用(22元)×年产量(3 000台)≈14.7万元

另外，锪孔限位器轴向可柔性调节进给深度，达到锪孔深度标准统一，归避了以往由于固定螺钉歪斜导致螺钉头部与地板平面配合状态不一致，地板螺钉凸出造成地板革鼓包破损现象，地板质量有所提升。

3 结束语

使用柔性组合钻具可提高生产效率，降低工人劳动强度，解决了企业生产中存在的瓶颈问题，锪孔质量也显著提升，是客车沉头螺钉固定预制孔的一次革新，也为今后切削刀具的设计提供了参考。