難加工材料的鉆削加工

　　一、常規(guī)鉆頭加工

　　常規(guī)鉆頭加工不銹鋼和耐熱合金通常面臨很大問題。加工時(shí)會(huì)發(fā)出尖銳的嘯叫聲、迅速增大的磨損或者刀具切削刃崩裂。典型的現(xiàn)象是副切削刃崩裂，也被稱為導(dǎo)向棱邊(圖1)。如果在合金的鉆削加工時(shí)發(fā)生這種現(xiàn)象，最有可能導(dǎo)致的是刀具使用壽命縮短甚至刀具報(bào)廢。

　　二、硬質(zhì)金屬刀具重磨

圖1

　　對(duì)高質(zhì)量的硬質(zhì)金屬刀具進(jìn)行重磨通常不具有經(jīng)濟(jì)性甚至根本不可能。

　　圖1：硬質(zhì)金屬鉆頭上導(dǎo)向棱邊發(fā)生的崩裂是切削不銹鋼以及耐熱合金材料時(shí)出現(xiàn)的典型現(xiàn)象，如圖中顯示的雙相鋼鉆頭。

　　導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因主要是鉆削刀具的擺動(dòng)，而擺動(dòng)現(xiàn)象的原因多種多樣。一種原因是刀具受到被切削材料作用的而回彈。發(fā)生擺動(dòng)時(shí)刀具的頭部按照橢圓形軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)刀刃或者刀尖按照多邊形(大多數(shù)情況下是三角形)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具的切削路程有著不利影響。一種鉆削刀具是否擺動(dòng)以及其擺動(dòng)幅度的大小主要取決于刀頭的刃磨形式、導(dǎo)向棱邊類型、打磨精度以及刃磨工作的精密程度。

　　針對(duì)硬質(zhì)金屬刀具的刃磨通常采用4面以及圓錐面刃磨工藝。此外，Kennametal公司還能夠提供已注冊(cè)專利的SE或者HP刃磨工藝(圖2)。與常規(guī)刃磨工藝相比，這種獨(dú)特的工藝在刃磨切削刃時(shí)需要深入到鉆頭中心。刀頭形式將保證較高的精度，并且盡可能按照切削技術(shù)的最新研究成果進(jìn)行刃磨。如果開始鉆入時(shí)的對(duì)中精度不高，刀具因此可能產(chǎn)生較大幅度幅度的擺動(dòng)，從而也可能導(dǎo)致加工中的精度下降。

圖2

　　圖2：Kennametal公司除了能夠提供常規(guī)的面以及圓錐面刃磨工藝外，還可以針對(duì)硬質(zhì)金屬鉆頭提供專利的HP刃磨技術(shù)。

　　諸如同心度偏低或者刀具對(duì)稱度偏低等的刃磨誤差都有可能加劇上述現(xiàn)象的發(fā)生。周邊環(huán)節(jié)的誤差還有可能進(jìn)一步影響加工精度。因此，首先需要將夾緊系統(tǒng)和機(jī)床主軸的偏差和公差合并到一起，比如可以將同心度偏差和傾斜度合并。最終，扭轉(zhuǎn)和軸向振動(dòng)以及鉆頭和機(jī)床之間產(chǎn)生的低頻折彎振動(dòng)(擺動(dòng)運(yùn)動(dòng))會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)棱角或者不圓的孔徑。

　　三、刀具加劇擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)

　　不銹鋼和耐熱合金對(duì)鉆削刀具提出了較高的要求。由于刀具材料硬度很高，因此需要很高的切削力。鋼材的可切削性將受到較高的冷作硬化趨勢(shì)、較低的熱傳導(dǎo)性和較低的韌性的不利影響。材料的可延展性將導(dǎo)致鉆削后的孔徑通常因?yàn)椴牧系幕貜椂�比其公稱直徑偏小。直徑和圓度方面的偏差將使導(dǎo)向棱邊上承受的壓力增大，導(dǎo)致鉆頭與孔壁的接觸加劇，甚至也可能導(dǎo)致鉆頭折斷。導(dǎo)向棱邊上所受壓力的增大主要與摩擦和局部溫度上升有關(guān)，而且也可能導(dǎo)致材料邊緣出現(xiàn)損傷�？梢圆槊饔捎跀D壓或者擺動(dòng)引起刀尖上所受的負(fù)荷，從而預(yù)先提示哪些區(qū)域會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)使用壽命提前折斷。

　　四、切削參數(shù)

　　切削參數(shù)也會(huì)對(duì)鉆孔質(zhì)量產(chǎn)生影響，其中不僅包括切削速度，而且還包括進(jìn)給量也是其中一個(gè)決定性的因素。目前，調(diào)質(zhì)鋼的切削速度最大約為200米/分鐘，進(jìn)給量一般可遠(yuǎn)高于0.1毫米/圈。例如，一根直徑為8.5毫米的鉆頭可以承受0.25毫米/圈甚至更高的進(jìn)給量。較高的進(jìn)給量可以穩(wěn)定鉆頭，并且可以略微消除擺動(dòng)趨勢(shì)，因此可以適當(dāng)提高鉆削加工的質(zhì)量。

　　而不銹鋼和鎳基合金由于材料自身性質(zhì)的限制就無(wú)法采用如此之高的切削速度和進(jìn)給量，否則將導(dǎo)致鉆頭過載甚至損壞。通常情況下的進(jìn)給量需要保持在較低的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.1毫米/圈的進(jìn)給量。由于鉆頭的橫向切削刃在切入時(shí)不僅僅切削工件，還將擠壓工件，因此采用這樣的參數(shù)有利于避免發(fā)生擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。鉆頭將擠壓工件表面，如果工件與鉆頭的導(dǎo)向棱邊發(fā)生干涉，那么對(duì)稱度較好的鉆頭基本上可以保持穩(wěn)定的切削過程，而擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)也將按照螺旋線進(jìn)行。切屑過程中出現(xiàn)的切屑需要迅速?gòu)呐判疾叟懦�。另外需要控制切屑的產(chǎn)生速度，以便比較通暢的排出，以避免損壞孔徑內(nèi)壁。調(diào)整后的排屑槽輪廓以及優(yōu)化的切屑形狀可以使得切屑盡可能卷曲。根據(jù)不同的材料需要將切屑盡可能的卷曲在一起。另外，還需要盡可能避免不受控的短小切屑進(jìn)入排屑槽，導(dǎo)致孔徑內(nèi)壁受到破壞。利用Y型鉆頭可以在保證相同使用壽命的前提下獲得更好的表面質(zhì)量，同時(shí)可以確保切屑迅速順暢地排入排屑槽。

　　五、圓錐形刀頭

　　圓錐形的刀頭形狀更有利于對(duì)中，Y型鉆頭給人留下的第一印象就是不同排屑槽之間的夾角并不一致。3根導(dǎo)向棱邊按照字母Y的形式就行排列，盡管這把鉆頭只擁有2根切削刃(圖3)。Y型鉆頭具備了圓錐形的頭部結(jié)構(gòu)，經(jīng)過精密打磨，可以確保準(zhǔn)確對(duì)中。TiAlN涂層帶來(lái)了很高的耐磨性能和生產(chǎn)效率，同時(shí)具備了非常廣泛的應(yīng)用范圍。全世界范圍內(nèi)的鉆頭均可以在很短的時(shí)間內(nèi)得到重磨和重新涂層。Kennametal公司在北美、歐洲和亞洲均建立了刀具重磨服務(wù)站，以便給重要的市場(chǎng)提供貼身服務(wù)。

圖3：Y型鉆頭上排屑槽的不同部分可以產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向棱邊的分力，有利于切削加工。

　　六、非均勻布置的排屑槽

　　借助非均勻布置的排屑槽可以獲得具有指向性的切削力。沿著力的方向，切削刃上有一根導(dǎo)向棱邊(2)，在鉆頭刀背末端還有還有一根導(dǎo)向棱邊(3)。Y型結(jié)構(gòu)支撐了這跟額外的導(dǎo)向棱邊。與上述兩根棱邊相對(duì)布置的棱邊(1)上的負(fù)荷相應(yīng)減少。在進(jìn)行切削加工時(shí)，3根導(dǎo)向棱邊起到了不同的作用：導(dǎo)向棱邊(1)負(fù)責(zé)切削，導(dǎo)向棱邊(2)負(fù)責(zé)切削和支撐，導(dǎo)向棱邊或者稱為滑移棱邊(3)負(fù)責(zé)支撐。通過這種結(jié)構(gòu)布置，刀具的擺動(dòng)基本上可以得到消除，尤其是在進(jìn)行鉆削加工時(shí)可以保證加工的圓度公差和圓柱度公差。如果對(duì)切削刃繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化可以將磨損降到最低限度。鉆削加工的高質(zhì)量要求和棱邊形狀向鉆頭尤其是切削刃和導(dǎo)向棱邊上施加的“壓力”得到了降低。

　　利用上述的技術(shù)可以適當(dāng)延長(zhǎng)刀具的切削路程�？着c鉆削深度之間有一定的規(guī)律，比如加工完成的孔徑略大于鉆頭的名義直徑。也就是說(shuō)：鉆頭不再卡在孔當(dāng)中。在較好的前提條件下，IT8等級(jí)的孔徑質(zhì)量是可以達(dá)到的。同一把鉆頭鉆削的第一個(gè)和最后一個(gè)孔徑能夠保持連續(xù)、穩(wěn)定。諸如鉸刀和絲攻等的后續(xù)工序的刀具壽命也能夠得到提高。

　　Y型鉆頭在許多場(chǎng)合已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。例如，即使在加工諸如1.3916、1.4350或者1.4542等尚未生銹的不銹鋼時(shí)也可以獲得很好的效果。在使用壽命中，效率提升常可以達(dá)到100%以上。即使是在加工熱穩(wěn)定性甚至是硬度達(dá)55HRC的硬化鋼材時(shí)，Y型鉆頭依然能夠給出令人滿意的結(jié)果。