鉆削刀具的發(fā)展近況編輯本段 整體硬質合金鉆頭對于基體的韌性要求很高，而鉆頭的磨損在可控和均勻穩(wěn)定的情況下是可以接受的。因此，典型的鉆削刀具牌號比車削或銑削刀具含有更多的鈷元素。 鉆頭材質通常采用微細晶粒硬質合金，以提高切削刃強度，確保均勻磨損而不發(fā)生崩刃。用硬質合金鉆頭加工時通常要使用水基切削液，因此切削刃處的溫度并不太高，但要求鉆頭具有抗熱沖擊性。性能最佳的鉆頭牌號是典型的純碳化鎢材料，而無需大量添加碳化鉭或碳化鈦。 對于整體硬質合金鉆頭而言，涂層必須發(fā)揮比僅僅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂層必須在刀具與工件材料之間提供隔熱層并保持化學惰性;必須將工件材料與涂層之間的粘結作用降至最低以減小摩擦;涂層表面必須盡可能光滑;此外，麻花鉆的涂層還必須具有抗裂紋擴散能力。鉆削加工的動力學特性可能會引起微裂紋，為了保持刀具壽命，就必須阻止裂紋擴散。通過選擇正確的涂層工藝和生成適當的涂層顯微結構，可使涂層材料處于壓應力狀態(tài)下，從而大幅度延長刀具壽命。 采用多層涂層可以獲得良好的使用效果。多層涂層能阻止微裂紋在各層涂層之間擴散，即使有個別涂層出現損壞和剝落，其它的涂層仍可對硬質合金基體起到保護作用。對于鉆削刀具，采用納米涂層和精確定制涂層也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?例如，一種頂層采用TiN的新型TiAlN納米涂層可使在鉆削加工不銹鋼時遇到的許多問題迎刃而解。平滑的TiN頂層涂層可減小刀具與工件材料的粘結與摩擦，而下層的TiAlN納米涂層可為刀具提供硬度和耐磨性。這種涂層具有極佳的防裂紋擴散性和防熱震性，在鉆削不銹鋼時切削速度可達70～80m/min，幾乎是常規(guī)鉆頭的2倍。 為了充分發(fā)揮現代硬質合金基體和表面涂層的優(yōu)異性能，就必須對鉆頭的幾何參數和鉆型進行優(yōu)化設計，必須根據加工用途對鉆尖、鉆尖角、刃帶形狀、切削刃制備、排屑槽型、排屑槽和刃帶的數量等進行合理調整。 高效切削鉆頭一般都采用四種鉆尖幾何形狀中的一種。其中，帶橫刃的四面體鉆尖容易磨制，同時易于控制磨削公差，但它的中心余隙較小，當進給量較大時后刀面會與孔底接觸，因此影響進給率的提高。另一種是錐形鉆尖，與四面體鉆尖相比它的中心余隙較大，因此鉆削時產生的軸向推力較小，但這種鉆尖幾何形狀較為復雜，不易保證刀具制造和管理的一致性。除上述兩種鉆尖型式外，可供選擇的還有螺旋鉆尖，它又分為兩種不同類型：傳統(tǒng)的螺旋鉆尖帶有一個排屑槽，切屑可從中心部位排出;新型螺旋鉆尖則同時磨制出排屑槽和后刀面，從而可消除鉆削臺階，進一步改善切屑流。由于這兩種鉆尖設計的中心余隙大于其它幾種鉆尖幾何形狀，因此具有很高的進給能力。此外，新型螺旋鉆尖還具有高速切削能力，并能以較小的軸向推力進行鉆削。這種鉆尖幾何形狀的唯一缺點是制造鉆頭時所需的磨削工藝比較復雜。 在選擇鉆頭時，除刀具壽命和加工速度外，另一個需要考慮的主要因素是孔的加工質量。近年來，如何減少毛刺成為關注的重點。去毛刺是一種典型的手工工序，加工成本很高，如果操作不當，還可能引起嚴重問題。 整體硬質合金鉆頭在高速回轉和進給時會對工件材料產生很大壓力。因此，采用常規(guī)的鉆型設計或鉆尖角度加工時，會在通孔的出口處產生較大毛刺。為解決這一問題，最簡單的方法是將鉆尖角增大到135° ～145°，鉆尖角在此范圍內的鉆頭可在孔的出口處產生一個圓盤，并使工件材料始終處于拉應力作用下，使材料易于切削而不只是將其推出工件之外。切削刃制備、鉆頂倒棱及其它幾何參數優(yōu)化措施也會對減少毛刺起到很大作用。 在鉆削灰鑄鐵和延性鑄鐵時則會產生完全不同的問題。這些材料脆性較大，在通孔的出口處更容易出現材料崩碎現象而不是形成毛刺。材料崩碎不僅會影響工件質量，還可能導致鉆頭破損。專為鑄鐵加工而設計的鉆頂倒棱可以使鉆頭以非常平穩(wěn)的方式鉆出工件，并保持切削直至最后一轉，從而有助于避免材料崩碎現象的發(fā)生。 鉆尖設計需要根據排屑槽的幾何參數而不斷調整。切削刃數、橫刃厚度、排屑槽寬度、刃帶寬度等都是設計鉆尖時需要考慮的因素。此外，工件材料的影響也不容忽視。 在鋼件上鉆孔時，二槽麻花鉆通常是最佳的刀具選擇。這種鉆頭使用方便，易于重磨，具有極好的容錯性，足以將徑跳誤差減至最小，并能容忍機床和工件的不穩(wěn)定性。 具有2個以上排屑槽的鉆頭在鉆削大長徑比的孔或在有內應力的工件材料(如鑄鋼)上鉆孔時具有性能優(yōu)勢。三槽鉆頭由于有3條刃帶和3個切削刃，因此在鉆削時具有更好的導向性和自定心能力。但由于此類鉆頭不能承受太大扭矩，因此只推薦用于加工灰鑄鐵和非鐵族材料。具有2個切削刃和4條刃帶的鉆頭也可作為一種可選刀具方案(尤其在需要刀具內冷卻的情況下)。 具有4條刃帶的麻花鉆在加工鋼和鑄鐵材料時性能優(yōu)異，因為其容錯性非常好，并能以超過單槽鉆頭約一倍的高進給率進行鉆削加工。這種鉆頭也是鉆削加工深度可達30倍孔徑的深孔的首選刀具，其鉆削速度約為常規(guī)槍鉆的5倍。 對于鋁合金材料的加工，采用直槽鉆頭可獲得最佳的鉆孔精度，并能以相對簡易的方式加工出復雜的階梯孔型。直槽鉆頭的缺點是對刀具夾持精度要求極高，此類鉆頭對徑向跳動、過高的切削速度和進給率或較低的冷卻液壓力缺乏容錯能力。 在鉆削加工(尤其是深孔鉆削)中存在一個非常嚴重的問題，就是如果鉆頭在開始階段偏離了孔的中心線(跑偏)，那么在后面的加工中就幾乎無法糾偏，刃帶將引導鉆頭沿偏心位置下鉆直至孔底。但由于鉆頭具有螺旋角，因此鉆出的孔也將呈螺旋形。為了避免出現這種問題，最重要的是必須有一個具有良好自定心能力的正確鉆尖。此外，改善鉆頭的導向性也有助于防止跑偏。2條刃帶的鉆頭在鉆削開始階段只能獲得25%的支撐，因此即使受到很小的力，也容易偏離中心向大多數方向移動。而4條刃帶的鉆頭可以在所有方向上獲得支撐，因此能加工出具有更好圓度和圓柱度的孔。4刃帶鉆頭在非均勻鉆削或通孔鉆削中也能提供更佳的支撐性能，而此類鉆削作業(yè)在諸如液壓零件的加工中是十分常見的。 在如今的鉆孔加工中，排屑必須受到完全控制，而不是像過去那樣，只要操作者感到鉆削力加大，就可以隨時采用提鉆啄擊的方式。一個至關重要的問題是，從切屑在鉆尖處形成開始，就必須以一種可使切屑與排屑槽易于匹配的方式來實現成屑和斷屑，并將切屑以較小的摩擦力順暢排出孔外。 鉆削加工的運動學原理實際上有助于切屑的控制，由于鉆尖中心處的切削速度為零，因此切屑或多或少會在橫刃的周圍流動，并將在排屑槽內完全成形，只要排屑槽具有正確的幾何形狀，就很容易生成尺寸大小如一的切屑。此外，排屑槽直至兩端全部采用負的橫刃錐度并將槽壁表面磨光，也有助于形成自由切屑流，實現在受控狀態(tài)下進行鉆削加工。 使用正確的鉆頭和合理的鉆削工藝參數，可以提高生產效率，降低加工成本。但應如何看待刀具成本呢?首先，這些先進鉆頭幾何形狀與傳統(tǒng)鉆頭幾何形狀相比制造難度更大，因此一般來說新型鉆頭的價格也比傳統(tǒng)鉆頭更貴。但是，這種新型鉆頭可以重磨4～5次，雖然每一次重磨后刀具壽命會降低約10%，但仍然可能實現節(jié)省刀具費用50%以上。 不過，每次重磨后引起的鉆頭壽命降低也可能帶來一些問題。為了保證加工安全，只有具有高安全系數的鉆頭才能用于加工，因此用戶必須使用一套監(jiān)測跟蹤系統(tǒng)來及時更換重磨過的鉆頭。為解決這一問題，唯一的方法是采用用過即棄式產品，但使用一次性的整體硬質合金鉆頭通常很不經濟。 一種新的模塊式鉆頭設計能夠有效避免上述問題。這種鉆頭采用了可換式硬質合金鉆尖，其切削性能和刀具壽命與高效整體硬質合金鉆頭不相上下。鉆尖與鋼制鉆柄之間沒有采用螺紋連接或其它在小直徑鉆頭上難以操作的連接方式。由于設計鉆尖時不必考慮重磨需要，因此可對鉆尖幾何形狀進行優(yōu)化，鉆尖的橫刃區(qū)采用了正前角，以減小切削力和改善自定心能力。由于合金鋼鉆體與整體硬質合金鉆頭相比剛性有所下降，因此采用正前角對鉆頭剛性進行補償至關重要。 與常規(guī)硬質合金鉆頭不同，模塊式鉆頭的排屑槽并非從前至后都采用相同的螺旋角，而是在排屑槽前部采用右手螺旋線以加速切屑流動，在排屑槽后部則采用很小的負螺旋角，負螺旋角對于增加鉆頭的穩(wěn)定性和減小振動特別有用，同樣，它對于補償鋼制鉆體的剛性降低也十分重要。 與整體硬質合金鉆頭相比，模塊式鉆頭的另一個不同之處是冷卻液的出口位于排屑槽內，直接對準切削刃的前刀面(整體硬質合金鉆頭冷卻孔的出口則是在鉆尖側面)，這種設計的重要性在于切削刃前刀面通常是加工溫度最高的區(qū)域，非常需要在切屑與刀具材料之間提供有效冷卻。這種冷卻孔設計在優(yōu)化冷卻效果的同時，還可對切屑產生一種熱沖擊作用，有助于改善切屑控制。由于鉆頭橫刃不直接暴露在冷卻液沖擊下，因而也有利于切屑在切削速度非常低的橫刃區(qū)成形。 除了刀具壽命一致性好以外，使用模塊式鉆頭的另一個重要優(yōu)勢是可以大大減少刀具存量。使用常規(guī)硬質合金鉆頭時，由于有大量鉆頭經常處于重磨再處理流程中，因此對鉆頭存量需求很大。使用一次性鉆頭則省去了重磨再處理流程，刀具存量就等于在機加工的鉆頭數量(或許再在工具架上預備少量備