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[刀具设计] 从倪志福钻头到群钻

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    2016-12-1 07:13
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2016-11-15 13:00:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    群钻是中国人倪志福于1953年创造的,原名倪志福钻头,后经本人倡议改名为“群钻”,寓群众参予改进和完善之意,这种技术能将加工效率提高3~5倍且工艺成本为零。回顾祖国群钻的创新与发展的历程,铭记我国一代代金切工作者的无私奉献精神,或许能够为后来的社会主义事业建设者们带来些启示。在机械制造中,钻孔是一项必不可少而又十分普遍的加工工序,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、改进钻头的目标。然而,自19世纪中期出现以来,到20世纪50年代,其几何角度变化不大,随着生产的发展,新加工材料的不断出现,标准麻花钻的切削能力已经逐渐不能适应使用的需要了。  c77772cf3bc79f3de61743a6b8a1cd11738b297f.jpg                       1953年夏,北京永定机械厂(今北京北方车辆集团有限公司)承担了抗美援朝紧急支前任务,为“苏-76”自行炮车的“终减速外壳(高锰防弹钢)”产品钻孔,这种钢硬度高,强度大,标准麻花钻头要钻半天才打通一个眼,而且还磨损许多钻头。当时还只是个二级工的倪志福起初用标准钻头打眼,一天竟烧坏了12支钻头,效率很低。爱动脑筋的倪志福琢磨开了“没有金钢钻,揽不了瓷器活”这句话,什么是攻克高锰钢的金钢钻呢?当时厂里正在推广苏联席洛夫钻头。盛夏的夜间又热又闷,为革新钻头急得吃不下饭、睡不好觉的倪志福,钻到热得像蒸笼的车间里,照葫芦画瓢,也磨了一把席洛夫钻头,一上机试车,新钻头刚打了一个眼就磨损了。他拿着磨损的钻头,借着灯光翻过来倒过去地仔细琢磨,发现每个用过的钻头的钻心部分外缘转角处都烧坏了。一个大胆的设想诞生了,磨损和烧坏的部分不正是钻头的薄弱环节吗?如果把钻头的薄弱点攻下来,它不就成了一把无坚不摧的“金钢钻”了吗?倪志福兴奋了,赶紧拿起一个磨损的钻头,用砂轮把磨损的部位磨成三个尖、七个刃的形状,他用这把钻头连夜干了起来,奇迹发生了,效率提高了,新钻头获得了成功。这件事轰动了全厂,倪志福一时成为人们传颂的新闻人物。    7e8539c79f3df8dccecb2807cf11728b4610287f.jpg 358d9d3df8dcd1009a6a5fb7708b4710b8122f7f.jpg  倪志福和他的群钻厂党委和上级领导对这一新型钻头的出现十分重视。1955年10月,倪志福首创的这种打破了百年来钻头刃口平直的常规,将“一尖三刃”的普通麻花钻改成“三尖七刃”的新型钻头,被命名为“倪志福钻头”。后来又成立了一个由工人、干部和技术人参加的三结合小组——北京永定机械厂群钻小组,开展群钻的改进和推广工作。1956年正值社会主义建设第一个五年计划时期,翻身当了国家主人的中国工人满怀阶级豪情地响应党中央毛主席“向科学进军”的伟大号召,掀起了社会主义劳动竞赛的高潮。在工矿企业里,广大工人群众学文化、学技术、学科学,技术革新、劳动竞赛蓬勃发展。北京永定机械厂工会、团委专程聘请北京工业学院的教师,给渴望知识的青年工人讲技术课。正在北京工业学院金属切削专业任教的于启勋,被组织上委派到北京永定机械厂讲课。他讲的题目是:“金属切削原理基本知识”和“先进刀具”,受到了工人师傅的热烈欢迎。讲课的小教室密密麻麻坐满了人。工人们就像久旱逢甘霖,如饥似渴地吮吸着新的知识。倪志福也高兴得不得了。他想:“我光会干,没有文化知识,讲不出个道理来,要有这样的老师给我指导一下多好呀!”当时的永定机械厂团委书记翟泰丰也敏锐地看到了这点。翟泰丰找到于启勋:“于老师,倪志福搞出了个新钻头,效果很好,你能不能帮助他总结总结。”就这么简单几句话,把一个青年工人倪志福和一个青年知识分子于启勋两颗火热的心连在了一起。据于启勋回忆“倪志福见了我很高兴,对我很尊重,于老师长于老师短的,有什么话都愿意和我谈。”“后来有人问我,你和他一块干图什么?我说,我什么也不图,就想和工人在一起,把自己的知识贡献给祖国的建设事业。”倪志福钻头是生产实践的产物,为了证明倪志福钻头具有科学性、先进性、独创性、新颖性。于启勋和倪志福进行了刀具切削力、刀具寿命、刀具磨损、钻孔加工精度、钻孔表面质量、分屑排屑试验、金相分析和钻头几何角度分析八个方面的试验,取得大量数据,然后进行理论概括。当时倪志福是第一线生产工人,顶岗作业,生产任务重,试验只好在业余时间进行。于启勋顺着北京工业学院—广安门—长辛店—朱家坟—永定机械厂这条路线,换4次车,行程50公里,单程花二三个小时的时间来回跑。试验阶段正遇上我国三年经济困难时期,于启勋每月只有28.5斤定量,吃不饱饭,厂里也没有客饭供应,实在饿得顶不住了就到街上买点吃的凑合一顿。有一次在宛平城遇到暴雨,永定河发大水,于启勋照样冒着暴雨直奔永定机械厂。“说来也奇怪,不知哪来的那股劲,一个月要往返几次,也不知道累,饿着肚子也要去搞试验。”                                     9177fadcd100baa1ecdae02d4510b912c9fc2e7f.jpg
    于启勋在指导就这样,自1953年起,倪志福和研究小组经过十余年中在实践中逐步总结改进,对53型“群钻”进行过多次修改,几何参数逐步演变,形成了56型、58型、58A型、64型、67型(图2)。67型是经过多次演进而后定型的“群钻”基本钻型。 f696d300baa1cd115040d5b6bb12c8fcc2ce2d7f.jpg 群钻的研究改进工作进展迅速,推广工作也是紧锣密鼓。国庆十周年期间,北方车辆厂(原北京永定机械厂变更后的新名)“倪钻”参加了一机床厂举办“北京市先进刀具技术表演庙会”,庙会上,全市“革新能手”、“先进个人”云集, 各种革新技术“摆摊”竞技,现场气氛异常火爆。当天“倪志福钻头”的横幅与对面摊位“张赵李钻头”横幅隔通道对应,大会组织者也希望双方的“较量”掀起庙会的小高潮。“对着干”的气氛越来越浓。”“敢不敢对着干”?“有没有把握”?面对种种询问,倪志福异常沉着“没问题!”。双方对战拉开帷幕。比赛要求是:用一块厚度150毫米的钢块,设定用直径16毫米钻头打孔,要求一分钟打透,并且达到规定光洁度和垂直度要求。当时围观的不少,市委、市工会等领导也在此观看,大家的心情异常紧张。比赛开始,两台大摇臂钻床一齐开动,倪志福手推进给手把,钻头对准钢块孔位。只见钻头飞快钻进孔内,瞬间钢块一下就被打穿了,“裁判员”揿停秒表,大声高喊“好!一分钟都用不了,还差好几秒啦!”现场顿时一片掌声和欢呼声!再看对面摊位机床“卡喳”一声响,突然停机?一看钻头断在钢块中,很遗憾!比赛就这样结束了。钻头退出后,在场同行们纷纷跑过来观看钻头,对钻头的磨削、使用提出很多技术问题,倪志福一一作答。现场人头攒动,热闹非凡。倪钻在哪呢?倪志福在哪呢?大家纷纷跑过来观看。此后“倪钻”不但国内外广泛推广应用,而且国内外享有盛名。当年,倪志福荣获全国“先进生产(工作)者”荣誉称号,作为全国劳动模范出席了全国群英会,并参加了由全国群英会代表组成的先进刀具推广队,到全国各地表演、交流经验。
    1960年12月倪志福随中国机械工业代表团访问捷克斯洛伐克,进行了走刀量达1.5毫米/转的“倪志福钻头”钻孔表演,获得高度的评价。1963年北京机械工程学会召开年会。同年秋中国机械工程学会机械加工专业年会又在沈阳召开。这两个年会都邀请了倪志福和于启勋出席。为了向年会汇报倪志福钻头在经济建设中起的巨大作用和它的科学价值,两人苦战十余天,写出了专题论文。在年会上两人作为中国工人阶级和知识分子相结合攻克科技难题的典型代表,同时登台介绍经验,受到了与会代表的充分肯定和高度赞扬。在沈阳机械加工年会上宣读论文后,中国著名劳动模范沈阳刀具大王金福长特意安排他俩去沈阳各工厂企业传经送宝进行刀具技术表演,受到沈阳工人群众的热烈欢迎。1964年8月亚洲、非洲、拉丁美洲、大洋洲四大洲科学研讨会在北京召开,倪志福同志代表中国工人第一次登上了世界讲坛并宣读“倪志福钻头”论文,受到与会各国代表的关注和好评。北京学习沈阳经验,广泛开展职工技术协作活动。倪志福、李昌安、杜育鹏、郑恩洪、常恩山等人在劳动人民文化宫技术夜校的基础上,组织了北京市职工第一支技术交流队——北京市职工刀具技术推广队。经常深入各工矿企业进行刀具表演、技术推广交流活动。倪志福钻头在表演中遇到的材料不仅是高锰钢,还有不锈钢、铜件、铝件、非金属材料的加工任务。这些材质硬度、韧性都不同,一些新的问题出现了。倪志福钻头需进一步改进,才能适应不同材料的加工任务。倪志福虚心向全国同行学习,注意吸收兄弟厂同行在加工不锈钢、铜、铝、非金属材料上所用钻头的长处,对自己钻头的几何角度,切削力、刀具磨损、耐用性和加工表面质量深入研究,创制出一批新的钻型,形成了倪志福钻头新系列。1965年倪志福在“机械工业”第11期上发表了“不是倪钻,是群钻”的申明。原文如下:“……最实事求是的名字应该为“群钻”,因为它是群众智慧的结晶”。倪志福和群钻工作小组除了不断推广、改进群钻外,还积极为群钻著书立说,以书籍的形式将群钻发展实践中总结的规律和成果固化下来。在倪志福、于启勋、周淑英、王育民等人的共同努力,由于启勋执笔写出了《倪志福钻头》一书,1963年在国防工业出版社出版。将在生产实践中诞生的倪志福钻头作了理论上的概括和提高,推向社会。群钻小组先后于1968年撰写了第一版《群钻的实践与认识》,并于1972年推出了修订版;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。 df4ab8a1cd11728b64db2bb4cafcc3cec2fd2c7f.jpg
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    b758cafcc3cec3fdd4c800e3d488d43f8694277f.jpg 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。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。 c6b6c1cec3fdfc03bb8e442ed63f8794a5c2267f.jpg 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。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。 cd84c1fdfc039245fc4346998594a4c27c1e257f.jpg

    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。目前群钻的设计和刃磨已经能够根据加工的具体需要,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。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,均可成为今后待解的课题。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。群钻的优良性能,使它赢得了一些列的荣誉,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)。群钻是我国劳动者在建设社会主义工业强国的实践活动中充分发挥集体智慧创造出来的先进机加工装备,是我国机械工业劳动者在社会主义建设事业中,迸发出来的巨大创造性的具体体现,其发展历程,再次证明了,“卑贱者最聪明”的真理性。而广大工人、知识分子、干部在这一历程中体现出的团结协作、百折不挠、不断进取的优秀品质也必将永载劳动者的光辉史册。












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