由小直径深孔刀具的革新谈创新设计

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:5

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摘要：通过分析小直径深孔刀具创新设计的过程，提出了进行创新设计应参考的基本原则和使用这些原则的实例。这些原则对激发创造性设计有积极的意义。
关键词：创新设计；深孔刀具；枪钻；

在当前市场竞争日趋激烈的情况下，提高产品的技术含量，不断进行技术创新，推出更加适应市场需求的产品已经成为企业占领市场的重要手段。因此，创新设计在产品设计过程中显得尤为重要。然而，创新设计是一个由设计者发挥主观能动性的过程，创新设计总是与非逻辑思维形式的思维—直觉、灵感、机遇等联系在一起[1]。因此，创新设计不是简单的逻辑推理，很难用固定的程式来描述。当然，创新设计的过程并不是不可认识的，许多国外的学者在总结有利于创新设计的思维方法方面做了大量的工作，提出了各种创造技法，如头脑风暴法、联想发明法、类比发明法、模仿发明法、设问法等,并在此基础上形成了创造学这一门新兴的学科[2]。这里，结合小直径深孔刀具的开发研制过程，提出了有利于创新设计的几项原则，并具体描述如何在小直径深孔刀具设计中运用这些原则，进行创新设计。

孔加工是机械制造业中的一个重要分支。据有关资料统计在机械制造行业中每年进行的孔加工占全部加工业的三分之一强，而深孔加工又占到孔加工的40%以上。所以深孔加工技术成为了机械制造业中的一项关键技术，它涉及面广、技术含量高、技术难度大。在深孔加工中，刀具，卡具，量具和机床设备等各个工艺环节都对深孔加工的质量有影响，其中深孔加工刀具影响最大。

小直径深孔加工的发展经历从传统的双刃麻花钻到单刃高速钢枪钻，到70年代的焊接刀片硬质合金枪钻，之后又出现了整体烧结硬质合金枪钻，90年代研制了SED（单管内排屑喷吸钻）。在这一过程中，小直径深孔钻的主要技术创新包括从双刃钻到单刃钻，从外排屑到内排屑，从焊接硬质合金刀片到整体硬质合金等一系列重大的技术革新。从这些革新中无疑可以强烈地感受到创新设计对于产品更新的巨大作用。这里仅以最有代表的SED钻（单管内排屑深孔钻）的开发过程为例，进行阐述。

1. 提出问题是产生创新设计的首要条件

创造的源动力来自对现实的不满。这一观点已被众多研究创新思维的学者所认同。创造的过程是一个发挥主观能动性的过程，因此首先必须在主观上产生进行创造的欲望。变化的市场需求不断对现有技术提出问题，产生进行创造的需求，这就是创新设计的源动力。所以有观点提出创造性思维中对问题的敏感至关重要，“问题的发现”是进行创新设计的前提[3]。

深孔加工与浅孔加工是两个有区别的概念。由于在加工深孔（长径比大于10）时，刀具的排屑、冷却润滑和导向问题难以解决，特别是对于加工小直径深孔，这三大问题就显得更加突出。传统上用于小直径深孔加工的刀具是枪钻，它采用内进油外排屑的方法进行切削，冷却润滑液由空心钻杆中的孔通到刀体部分，再由刀体前方的出油口喷射到切削区，其工作原理见图1。枪钻的发展经历了很长的历史，现在已经成为最为常用的小直径深孔加工刀具，枪钻在加工铸铁、易切屑钢时确实发挥了重要的作用，全国的几家生产深孔加工刀具的厂家也多年以其为主要产品。过去提到小直径深孔加工就马上想到枪钻，但是，随着刀具材料从高速钢变成硬质合金，切屑的线速度要求进一步提高；同时各种先进材料在生产中得到广泛的运用，例如钛合金和不锈钢等，在这些条件下用枪钻加工常常会出现加工质量低下，刀片崩刃和刀体被扭断等现象。

图1.枪钻的工作原理图

针对这些现象，传统的枪钻加工小直径深孔的方法首先受到了置疑。枪钻是加工小直径深孔的唯一首选刀具吗？通过对过去进行枪钻加工的各个案件充分的分析、对比，可以总结出枪钻加工小直径深孔的几项缺点：a枪钻的钻头部分由于开有出油孔和排屑槽（图2），引出了出油口和排屑槽这一对矛盾。在保证刀具扭转强度的前提下，当出油口较大时，满足了油流量的要求，但为了保证钻头的强度，排屑槽又要减小，这样会影响排屑。反之，排屑槽扩大，满足了排屑要求，出油孔又要减小，这样又影响供油。b枪钻的刀杆太薄，又压出V型排屑槽，大大降低了其扭转强度、刚度。c切屑排出时，与以加工孔壁接触，易划伤孔壁降低了深孔的加工质量。d结构工艺性差，加工中，出油口和V型排屑槽难以加工，制造工艺性差。e进油空间小，油路油压要求太高。这些问题形成了对小直径深孔加工刀具进行创新设计的源动力。

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