鉆削刀具的技術(shù)創(chuàng)新

    為了努力滿足用戶提高生產(chǎn)效率的需求，刀具制造商正在不斷創(chuàng)新各種鉆孔刀具的設(shè)計和制造策略。
    在汽車、醫(yī)療器具、航空航天、普通工程等不同的制造行業(yè)，制造商們可以選用各種先進的鉆孔刀具，包括高鉆進率的整體硬質(zhì)合金鉆頭、可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭、可換硬質(zhì)合金鉆尖式鉆頭，以及使用日益增多的多功能鉆頭等，用于鉆削各種小孔、深孔，以及一次完成鉆孔、倒角、锪孔等加工而無需再進行二次加工。
    刀具制造商們充分利用在刀具幾何形狀、基體材料和表面涂層方面的技術(shù)進步，不斷推出新的刀具品種，擴展現(xiàn)有產(chǎn)品系列，并將定制設(shè)計的專用刀具定型為標準供貨產(chǎn)品。
    CNC機床（尤其是加工中心）、瑞士型車削中心以及可優(yōu)化長鉆頭加工性能的長床身車床的技術(shù)進步也使先進鉆削刀具的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。現(xiàn)代加工機床的高剛性和在高壓力下輸送大量冷卻液的能力對于鉆削加工也顯得至關(guān)重要。
    在金屬切削加工中，縮短加工時間是人們追求的主要目標之一，對于孔加工也不例外。此外，某些行業(yè)對孔的精度要求很高，也給孔加工施加了額外的壓力。例如，醫(yī)療和航空制造業(yè)對于孔的徑跳精度和刀具壽命的一致性要求很高。制造商還面臨著加工先進工件材料（如鈦合金、Inconel合金、鈷-鉻合金等）的挑戰(zhàn)。
    整體硬質(zhì)合金鉆頭由于其自身具有的高剛性以及其它四種仍在發(fā)揮效能的設(shè)計特點——硬質(zhì)合金表面涂層、鉆頭幾何形狀、刃帶寬度和背錐度（通常至φ25mm），因此仍是一種很好的加工選擇。最有效的涂層設(shè)計是多層結(jié)構(gòu)的PVD涂層（頂層為可防止切屑粘結(jié)的平滑層），它與具有良好抗崩刃性能的強韌硬質(zhì)合金基體相結(jié)合，使鉆頭可采用更高的進給率進行加工。鉆頭幾何形狀需要根據(jù)每種特定工件材料（包括難加工材料）來設(shè)計。鉆頭刃帶寬度的合理設(shè)計則可以提高鉆頭的鉆孔精度和鉆進能力。背錐度的大小會影響已加工孔與鉆頭的接觸表面，因此必須根據(jù)不同的材料進行精確設(shè)計，以避免因發(fā)生摩擦而縮短刀具壽命。
    日本不二越美國公司（Nachi America Inc.）刀具分部開發(fā)的最小量潤滑（MQL）鉆頭、AG Power長鉆頭、鈷高速鋼非內(nèi)冷卻鉆頭和TiAlN涂層鉆頭已在福特、通用和本田的汽車廠得到成功應(yīng)用，與粉末金屬鉆頭相比，在曲軸上鉆削油孔的數(shù)量可增加一倍，每件工件的加工成本降低了50％。
    多功能孔加工刀具因能縮短加工時間、省略二次加工而極具開發(fā)價值。作為精密旋轉(zhuǎn)工具夾頭和其它整體配合式工具系統(tǒng)的制造商，英格索爾刀具公司（Ingersoll Cutting Tools）的制造工程師們意識到，將鉆削、倒角、锪孔功能組合到一把刀具上可以達到加工刀柄拉釘所需要的高精度。為此，他們開發(fā)了集多種功能于一體的Qwik Twist可換鉆尖式鉆頭。用該鉆頭在4000系列合金鋼拉釘上進行鉆孔、锪孔和倒角加工（孔徑φ22.2mm，孔深98.3mm），加工時間可縮短7分鐘以上。現(xiàn)在，Qwik Twist多功能鉆頭已被列入Ingersoll公司的孔加工刀具產(chǎn)品系列中，并安排了技術(shù)團隊進行設(shè)計和制造。
    為了將鉆孔與倒角功能集成到一把刀具上，住友電工公司（Sumitomo Electric）開發(fā)了2種加工系統(tǒng)。一種適用于整體硬質(zhì)合金鉆體；另一種適用于SMD可換硬質(zhì)合金鉆尖的鉆體。其中，SumiChamfer系統(tǒng)是在整體硬質(zhì)合金鉆頭的鉆體上牢固地嵌套一個環(huán)形倒角頭，然后裝夾在套筒夾頭上進行加工。倒角環(huán)共有3種型號，可完成4～20mm孔徑尺寸的鉆削和倒角加工。該系統(tǒng)使用工業(yè)標準ER系列套筒夾頭，隨著加工孔徑的增大，則相應(yīng)使用夾緊力更大的大尺寸夾頭[ER20（4mm），ER25（9.4mm），ER32（14.0mm）]。加工時可使用2種SumiChamfer式標準刀片，其中一種ACZ310牌號刀片適用于加工所有的工件材料。住友電工公司還為可換鉆尖式SMD鉆體開發(fā)了SMD sumiChamfer系列倒角環(huán)，適用于直徑12～22.5mm公制或英制的標準SMD鉆頭。SMD倒角環(huán)使用標準的sumiChamfer式刀片，刀片分為有斷屑槽和無斷屑槽兩種類型，均采用ACZ310牌號。
    可換硬質(zhì)合金鉆尖的鉆頭具有用一根高速鋼鉆體完成一組孔徑尺寸加工的能力，從而可減少刀具數(shù)量，降低加工成本。精密麻花鉆公司（Precision Twist Drill Co.）開發(fā)了Hydra Drill可換鉆尖式內(nèi)冷卻鉆頭，該鉆頭的鉆孔深度為3倍和5倍孔徑，有英制和公制兩種系列，孔徑尺寸范圍14～22.5mm，適合在主軸可供冷卻液的加工中心上對越野設(shè)備、汽車及其它類似零件進行鉆削加工。該鉆頭設(shè)計用于大批量加工，可以替代整體硬質(zhì)合金鉆頭，每一種尺寸的高速鋼鉆體可配置多達5種不同尺寸的鉆尖，每一種鉆頭能覆蓋約1.5mm的孔徑范圍。Hydra Drill鉆頭可以方便地更換鉆尖而不必將鉆體從主軸上取下，它能加工各種工件材料，包括鑄鐵、鋼、不銹鋼、鎳基合金、鈦合金等。
    M.A.福特公司（M.A. Ford Mfg. Co. Inc.）認識到硬質(zhì)合金鉆頭多功能加工能力的日益重要，為此建立了專用刀具分部，設(shè)計開發(fā)將鉆孔、锪孔、倒角功能集于一體的多功能鉆頭。這種鉆頭用途廣泛，尤其適合汽車零部件的高效加工，鉆頭直徑范圍6.4～12.7mm，最大容屑槽長度達254mm，可在曲軸上鉆削孔深達15～20倍孔徑的深孔。
    為了滿足對加工寬范圍工件材料的不同鉆頭品種及規(guī)格的需求，M. A.福特公司還推出了新的標準鉆頭系列。該系列鉆頭能加工從低碳鋼到鎳基合金、Inconel合金和鈦合金的各種工件材料。針對不同的加工對象，鉆頭設(shè)計采用了不同的容屑槽錐度、橫刃和背錐角，選用了與加工相匹配的表面涂層，從而提高了鉆削速度、生產(chǎn)效率和刀具壽命。
    大昭和精密工具公司（BIG Kaiser Precision Tooling Inc.）推出了2種新的Sphinx整體硬質(zhì)合金鉆頭（加工孔深為6倍孔徑）。其中，Phoenix鉆頭用于加工孔徑1～4mm的小孔；Quadro 15 Plus鉆頭用于加工孔徑4～20mm的孔。Phoenix鉆頭設(shè)計用于在鋼、不銹鋼、鑄鐵和非鐵材料上進行高速、高進給率鉆削加工，其特點是直徑2.5mm以上的鉆頭采用內(nèi)冷卻設(shè)計，并采用了Balzers公司的Futura Nano Top TiAlN涂層以提高鉆頭的耐磨性和排屑能力。Quadro 15 Plus鉆頭的特點是采用了6刃帶的特殊鉆尖幾何形狀、超細顆粒硬質(zhì)合金材料和15°螺旋角，適合加工鋼等長切屑材料以及鑄鐵，鉆孔精度可達到H7級，因此無需再進行后續(xù)精加工。
    伊斯卡公司（Iscar Metals Inc.）開發(fā)的Picco-MF多功能可轉(zhuǎn)位刀具將精密小孔鉆削功能與表面車削、外圓車削和內(nèi)孔車削/鏜削功能組合在一起。DR-MF系列刀具設(shè)計用于在瑞士型機床上加工汽車、模具、航空航天、醫(yī)療和普通工程等行業(yè)使用的微型零件，其特點是采用了兩種分別用于鉆削和車削加工的切削刃。大螺旋角切削刃的設(shè)計可將切削力減至最小，在低速進給時可實現(xiàn)最佳切屑控制。XCMT刀片采用了IC908牌號的亞微顆粒硬質(zhì)合金基體和TiAlN多層涂層。該刀具既可用于右手切削也可用于左手切削。為了增強耐磨性，減小表面摩擦以改善排屑性能和防止堵塞，刀體涂覆了硬度為HRC60的涂層。
    歐士機公司（OSG Tap & Die Inc.）為鉆削深孔開發(fā)的Exocarb-Max超長鉆頭（FTO-GDXL）能夠一次鉆削30倍孔徑的孔深，由于無需分段鉆削，加工時間可比用槍鉆加工縮短15倍。該鉆頭采用了內(nèi)冷卻方式和TiAlN涂層，鉆頭直徑尺寸范圍為2.5～20mm。
    小孔和深孔鉆削一直都是極具挑戰(zhàn)性的加工難題。三菱材料美國公司（Mitsubishi Materials USA Corp.）提供的MSE (Mini Star)整體硬質(zhì)合金鉆頭的直徑尺寸范圍為0.1～0.99mm（尺寸增量0.01mm）。這種鉆頭專門設(shè)計用于在瑞士型機床上鉆削金屬零件（如醫(yī)療零件）的精密微小孔。三菱材料公司還對其用于1～3mm孔徑加工的小孔鉆頭增加了新的深孔鉆削功能。MWS內(nèi)冷卻鉆頭的特點是采用了較長的螺旋槽和波形切削刃，從而可在鉆削加工達10倍孔徑的深孔時提高其斷屑和排屑能力，該鉆頭可加工鋼、不銹鋼、合金鋼、鎳基合金等工件材料。三菱材料公司新推出的整體硬質(zhì)合金超長鉆頭標準系列也采用了MWS型波形切削刃，直徑3～5mm的鉆頭能夠鉆削加工達30倍孔徑的深孔。
    肯納公司（Kennametal Inc.）HTS鉆削系統(tǒng)的特點是能鉆削大直徑深孔。HTS鉆削系統(tǒng)的直徑尺寸范圍為38～269mm，鉆孔深度可達1.8～2.4m（8倍孔徑），還可提供直徑達381mm的定制鉆頭。這種模塊化鉆削系統(tǒng)的切削頭上裝夾有一組刀片，并可在加工直徑范圍內(nèi)進行調(diào)整。該鉆削系統(tǒng)能夠加工除特硬材料以外的各種工件材料，包括鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鈦合金、Inconel合金等。其應(yīng)用實例包括：在鋼制造紙軋輥上鉆削直徑為305mm、孔深為1.8～2.4m的大直徑深孔；在K-Monel鑄鐵材料上鉆削2個直徑101.6mm、深度0.61m的孔，然后將工件轉(zhuǎn)位180°后再重復(fù)鉆削，最后加工出2個深度為1.22m的孔。進行這種深孔鉆削加工時，要求機床具有較高的剛性，并應(yīng)加注大量冷卻液，以幫助排出加工產(chǎn)生的大量切屑。
    山特維克可樂滿公司（Sandvik Coromant Co.）推出的CoroDrill 805組合式可轉(zhuǎn)位鉆頭采用了具有極佳排屑性能和內(nèi)冷卻設(shè)計的CoroDrill 800鉆體。CoroDrill 805鉆頭設(shè)計用于在常規(guī)機床（如加工中心、車床和車－銑床）上鉆削加工深孔，而不必將工件移至專用深孔鉆削機床上進行加工。該鉆頭的加工直徑范圍為25～65mm，孔深可達13倍孔徑，加工表面粗糙度Ra32μm。
    瓦爾特公司（Walter Inc.）的Xtra-tec B401x系列鉆頭經(jīng)過不斷擴展，現(xiàn)在已有60種新的鉆頭直徑規(guī)格、2種刀具材料牌號和為加工鋼、鑄鐵和不銹鋼而設(shè)計的各種幾何鉆型。該系列鉆頭的長度分別為3倍、5倍和7倍孔徑，其鉆孔進給率可比常規(guī)可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭提高一倍，且被加工孔的尺寸精度和表面光潔度很高。B401x系列鉆頭的特點是采用了全硬化鉆體和鎳基保護涂層，以減小與切屑的摩擦和侵蝕。鉆頭直徑尺寸范圍為13～31mm，鉆頭設(shè)計采用了正型刀片形狀和與高速鋼鉆頭類似的螺旋槽。
    人們很容易想象用圓形鉆頭來鉆削圓形孔。但在某些非常困難的加工場合，卻需要使用方型鉆頭來鉆削圓形孔。方形鉆頭主要用于去除折斷在孔中的高速鋼絲錐。T3公司（T3 Enterprises Inc.）開發(fā)的Omegadrill方形鉆頭采用了方槽設(shè)計，以提供鉆頭在極端鉆削條件下所需的剛度和強度。鉆頭外部的方形容屑槽可以增強鉆頭的截面剛度，使其能鉆透折斷絲錐的芯部，鉆削后殘留在孔內(nèi)的絲錐容屑槽碎片可用劃線針或剔針等工具很容易地去除。Omegadrill鉆頭用硬質(zhì)合金材料制造，采用負型鉆尖幾何形狀，能夠鉆削硬度達HRC70的高硬材料。該鉆頭的其它用途還包括鉆削去除折斷在孔中的麻花鉆頭、銷釘和螺釘取出器等。它能加工各種高硬材料，如鎢鉻鈷合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼，甚至還能加工花崗巖。