新中国60年来群钻的发展与展望金属丝绳
文章来源：胜祥机械网 | 2022-06-27
新中国60年来群钻的发展与展望
建国60年来，我国金切刀具有了突飞猛进的发展，其中麻花钻的改革与应用正在赶超国际先进水平。在《金属加工》创刊60周年之际，为铭记一代代金切工作者的无私奉献，我应邀回顾祖国群钻的创新与发展的历程，展望未来发展的美好远景。 钻孔在金切加工中所占比例较大，仅次于车削。在实心材料上打孔的主要刀具是麻花钻。麻花钻的使用往往是孔加工的关键工序，因为扩孔、镗孔、铰孔、拉孔的形位误差直接与钻孔的精度有关，保证钻孔精度、提高钻孔效率、延长钻头寿命是合理使用、改革钻头的目标。几十年来我国金切工作者积累了丰富的经验，涌现出许多钻头大王、劳动模范，为祖国金切加工、社会主义建设事业做出了巨大的贡献。 20世纪五六十年代的麻花钻的材料基本上是高速钢，受材料热硬性能的限制，切削速度一般均在20～30m/min。工人师傅对麻花钻的改革只能是刃型的变化。 1958年我参加了上海科技协会的活动，在金切大组活动中协助大组长上海锅炉厂全国劳模李福祥师傅绘制钻头图，总结编写资料。我曾邀请李福祥师傅到我当时任教的上海机器制造学校传授经验，当场磨了一套17把钻头，作为我们学习推广的样板，同时我就在讲刀具课程中作了介绍。17把钻头主要钻型有分屑钻、综合钻、双重、三重顶角钻、薄板钻、紫铜钻、平头钻、复合钻等。李福祥钻型手工刃磨比较容易掌握，工人师傅很是喜欢，流传了几十年，直至今天在有些中小企业中仍有师傅们使用。可惜1963年李福祥师傅在嘉定科技大学学习期间患白血病，过早地离开了我们，17把钻头也在文革期间被红卫兵收去，值得欣慰的是李福祥改革的钻型一直留在我的心中。 我曾使用、推广过的李福祥钻有：①分屑钻：适合钻中等尺寸以上的钢件，具有较好的分屑、排屑效果。②综合钻：磨出90°～120°双顶角，双重大后角，横刃修磨得较窄且锋利，适合打铸铁。1964年我到上海重型机器厂，见到顾振海师傅使用φ 48mm综合钻打铸铁，进刀量已达到2.2mm/r 的强力钻孔水平。③薄板钻：磨出三尖，中心定位，外刃套料，钻出孔圆整。④平头钻：用钻尖定心，两主刃钻出180°的平底面，相当于扩平台。 1953年，倪志福将钻头创造性地磨出内凹圆弧刃，解决了硬钢板的钻削问题。此后倪志福钻头就在北方得到了推广。1956年我见到倪志福、于启勋等发表的资料（《机械工人》1956年第12期），当时就照着图样刃磨，并引入到课堂。经过53型、56型、58型到64型已比较成熟。1964年在北京科学会堂，倪志福代表中国工人阶级宣读了倪志福钻头论文，从理论上分析了倪志福钻头刃型的优点。1965年5月14日在全国工具展览会上我听了倪志福的报告，在学习班上我买了两只钻头向倪师傅学习，掌握了手工刃磨的要领（磨圆弧刃只能平动，修横刃要边转边进刀，最终达到所需的位置）。此后40多年一直没有间断学习、应用、推广、研究群钻。1967年在校办工厂我操作Z35摇臂钻床，加工45钢φ 39mm×180mm液压缸时，使用f =0.9mm/r, n =180r/min，提高工效4倍，同时也对64型钻尖强度不足的问题作了改进。 1968年陈壁光将第一版《群钻》书稿带到上海，我花了三天连续精读一遍，并做了笔记，记录要提出的问题，并在大隆机器厂举办了上海第一届群钻推广学习班。学习班脱产7天，上午讲课，下午在车间刃磨、钻孔实践。我带着我校从哈工大买来的钻削测力仪，比较倪志福、李福祥等钻头的轴向力和转拒，同时也测试大家磨的钻头，比较哪个人磨的最轻。记得当时培养了大隆机器厂王毛毛等20位钻工师傅，基本学会手工刃磨倪钻。倪志福基础钻型的发展，以67型为基础，北京群钻小组根据加工件不同材料、不同结构、不同工艺要求经过多年的试验，研究出铸铁钻、黄铜钻、紫铜钻、铝合金钻、不锈钢钻、小孔钻、精孔钻、毛坯扩孔钻等系列群钻钻型。 第一版《群钻》在上海科技出版社定稿时，倪志福、陈壁光住在上海两个月。我被市革会点名调出两个月，跟随倪志福、陈壁光学习，同时反映上海推广中的问题与建议。在书稿讨论修改完毕后，我们还安排了倪志福到闵行电机厂等地表演。磨刀间人太多，为减少倪师傅的劳累，记得我还为他粗磨，倪师傅再修一下留给来看的师傅们做样子。表演受到众多工人师傅的欢迎。此后几十年来我在上海金切协会、华东区应邀走访过20多个单位，参与技术攻关、表演、推广、讲学直到退休。 北京永定机械厂群钻小组的陈壁光、柳德春等师傅经过长期的试验、研究，总结国内外钻头革新的经验，不断取得一个个成果。群钻小组先后于1968年撰写了第一版《群钻的实践与认识》，1979年撰写了《群钻新集》，1982年撰写了第二版《群钻》，直到1999年倪志福、陈壁光撰写了第三版《群钻——倪志福钻头》等专著，才为群钻的发明、创新划上了一个圆满的句号。群钻为发展祖国孔加工事业、并使钻型的改革走向国际做出了不可磨灭的贡献。1965年倪志福钻头受到国家的科技发明奖励，1986年获得联合国世界知识产权组织的金质奖状和奖章，2001年12月倪志福获得国家知识产权局发布的新型实用专利（ZL01220344.0）。 群钻系列钻型的创新与发展首先来自实践，在钻孔过程中不断通过刃磨改进，进而再做科学实验、理论分析与研究，集结了群众智慧的结晶。群钻的推广培养了一大批掌握群钻刃磨技术的师傅，为解决钻孔难题，提高钻孔质量与效率，创造更多的社会效益做出了巨大贡献。我们推广的主要钻型有64型、67型、精孔钻、毛坯扩孔钻、半孔钻、黄铜钻、铝合金钻及不锈钢钻等。 四川资阳益华工业科技有限公司肖大益先生1990年研制成功具有群钻刃磨功能的万能工具磨床，1996年又研制成功群钻钻尖刃磨机，用以代替手工刃磨，提高了群钻刃磨精度。 群钻机械刃磨的实现，是促进群钻产业化的必经之路。21世纪初，海南高超钻头有限公司总经理周安善先生自行研制了群钻刃磨设备，形成了具有大批量刃磨群钻钻尖的能力。2001年海南高超钻头公司组织国内专家做了评定，申请到国家科委“镀膜群钻”列项资助。周安善写的论文《多刃尖麻花钻的标准化与产业化》获得中国机械工业金属切削刀具技术协会优秀论文奖励。高超钻头有限公司刃磨的群钻已逐渐推向国内、外市场。 早在1985～1992年间，湖南大学林丞、曹正权等教授先后发表了群钻数学模型及其刃磨参数计算、变螺距螺旋面钻尖数学模型等论文，成功地解决了群钻数学模型的求解问题，为麻花钻尖CAD/CAM、高性能群钻刃磨机的设计提供了必要的条件。我也曾看到北航陈鼎昌教授带领博士研究生多年来研制的数控群钻刃磨机的博士论文。湖南大学胡思节等教授和工程技术人员2004年研制成功了5轴数控钻尖磨床。群钻的数控刃磨机的出现，为国产群钻现代化生产奠定了基础，从此就可完全克服手工或用刃磨夹具依靠经验来调整、难以达到刃磨准确的缺点。 2005～2006年，为解决上海理工大学附属工厂加工核电蒸汽发生器管子支撑板的钻孔任务，我在不锈钢断屑群钻的基础上，经多次刃磨与钻孔试验，进一步改革了刃型参数，通过优化设计与工艺参数的计算，成功地用济南博特威生产的钻头磨床机磨出具有准确参数的不锈钢钻型，到达稳定断屑的效果，实现了一次精钻法国冶炼的Z0Cr13不锈钢板的任务，工效提高一倍。为了总结、交流经验，我在2006年10月第二届中国刀协切削技术高层论坛会上发表了论文《不锈钢断屑钻的切屑形态与控制》，得到业内人士的好评，在切削技术等网站上广泛流传。 在群钻优化设计的过程中，我发现过去的多刃尖群钻某些参数之间存在着相互制约的关联，有些钻型还需补充必要的独立参数才能准确地磨出来。考虑到钻型中的设计参数、工艺参数、以及刃磨后生成的参数，进行优化设计后，就可获得最佳的前角分布与刃口强度，使得引钻定心能力更好，轴向阻力更小，钻尖更锋利，达到稳定可靠的断屑。我将这些钻型数据提供给宁波华刃工具有限公司作为厂标准，命名为“华刃群钻”和“金华刃群钻”，并开始了产业化生产。同时把群钻进一步优化的结果申请了两个实用新型专利，已于2009年7月8日由国家专利局发出了公告（ZL200820165518.0, ZL200820165519.5）。 2007年华刃工具有限公司与深圳金钻工具制造技术有限公司合作，我两次到深圳，以华刃生产的钻头为基础，利用该公司研制的5轴数控钻尖磨床，精确地磨出一批“金华刃群钻”，送法国帝沃龙公司在西班牙的检测中心测试的结论是：从外观、精度和切削上都很好（brilliant)，成为国产的工业级群钻系列产品打入国际市场一次成功的尝试。 可以这样说，目前我们已经能够根据加工需要，设计出更合理、更完善的钻尖参数，使用半（全）自动数控钻尖磨床，高效、精确地大批量生产多刃尖群钻系列产品，群钻的进一步研究、推广，从硬件到软件均可提供持续发展的需要。我国发明的群钻，必将在国内外市场中占有一定地位。 麻花钻除了钻型以外，在槽型方面也在不断创新。20世纪70年代江西工具厂就研制生产了抛物线齿背的深孔麻花钻。群钻的刃型与深孔麻花钻的结合，取得的效果更好。由于钻芯厚，刚性好，在保持刀齿强度下获得了最大的容屑空间，通过合理地修磨横刃，磨出大顶角、内凹圆弧刃的群钻更有利于排屑，可钻到长径比达15的深孔，工作寿命为普通麻花钻的3～4倍。 随着我国高速深磨技术的成熟，内冷却的麻花钻相继提供市场。20世纪末以来整体硬质合金内冷却麻花钻已较多用于加工铸铁与钢件。焊接刀头的硬质合金钻头可降低钻头成本，可多次重磨，机夹不重磨钻头也正在开始应用。 21世纪以来，镶装齿冠的机夹硬质合金内冷钻头，使用新的TiAlN涂层刀片，可大大提高钻孔效率，能使用100m/min 的切削速度，0.25～0.3mm/r 的进刀量。目前使用硬质合金高速钻孔已不局限于铸铁件加工，实践证明，合金钢、不锈钢特别是硬度较高的调质钢，采用硬质合金高速钻孔是较好的工艺方案，钻孔效率得到大幅度的提高。 2009年上海理工大学附属工厂定制了多轴大型数控钻铣加工机，选用高速内冷、机夹钻头加工工艺，估计加工效率可再提高10倍。如何在这些场合发挥群钻的优越性，研究适合硬质合金高速钻孔的刃型，以及这些钻型的刃磨工艺等，均可列为今后研究的课题。我相信群钻的研究、发展必将持续地发展下去，不断为祖国成为制造强国做出新的贡献.