拋物線型鉆頭在深孔加工中的應(yīng)用

   當(dāng)機(jī)械加工工藝人員為某一特定的孔加工任務(wù)選擇鉆頭時(shí)，首先需要考慮被加工孔的深度，被加工的孔越深，則加工過程中需要排出的切屑量越大，如果加工中產(chǎn)生的切屑不能及時(shí)、有效地排出，則可能阻塞鉆頭的排屑槽，從而延緩加工進(jìn)程，并最終影響孔的加工質(zhì)量。因此，有效排屑是成功完成任何材料的孔加工任務(wù)的關(guān)鍵因素。 

鉆頭的長(zhǎng)徑比 

   當(dāng)工藝人員為特定的孔加工任務(wù)選擇最合適的鉆頭類型時(shí)，需要計(jì)算鉆頭的長(zhǎng)徑比。長(zhǎng)徑比為被加工孔的深度與鉆頭直徑之比，例如，鉆頭直徑為12.7mm，需要加工的孔深度為38.1mm，則其長(zhǎng)徑比為3:1。當(dāng)長(zhǎng)徑比約為4:1或更小時(shí)，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭的排屑槽均能較順利地排出鉆頭切削刃切除的切屑。而當(dāng)長(zhǎng)徑比超出上述范圍時(shí)，則需采用專門設(shè)計(jì)的深孔鉆頭才能實(shí)現(xiàn)有效的加工。 

   一旦被加工孔的長(zhǎng)徑比大于4:1，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆就很難將切屑頂離切削區(qū)并排出孔外，切屑很快會(huì)阻塞鉆頭排屑槽，此時(shí)需要停止鉆削，從孔中退出鉆頭，清除排屑槽中的切屑，然后重新下鉆繼續(xù)切削，上述操作需重復(fù)多次才能加工出要求的孔深，這種鉆削方式通常稱為“啄擊”法。采用“啄擊”法加工深孔會(huì)縮短刀具壽命，降低加工效率，影響被加工孔的質(zhì)量。每一次將鉆頭從孔中退出，清除切屑后重新插入孔中時(shí)，都有可能偏離孔的中心線，從而使孔徑變大，超出規(guī)定的尺寸公差范圍。 

   為了解決深孔加工難題，近年來鉆頭制造商開發(fā)出了兩種新型深孔加工鉆頭——普通拋物線型鉆頭和寬刃拋物線型鉆頭。 

普通拋物線型鉆頭 

   拋物線型鉆頭的排屑槽型為拋物線，專門用于連續(xù)鉆削加工長(zhǎng)徑比達(dá)15:1、材料硬度不超過25～26HRC(包括低碳鋼、各種鋁合金、銅合金等)的深孔。例如，直徑為12.7mm的拋物線型鉆頭可成功加工出孔深達(dá)190mm的孔。由于具有較大的排屑空間，普通拋物線型鉆頭可將切削刃處的切屑快速排出，同時(shí)可容許更多的切削液進(jìn)入切削區(qū)，從而顯著減小切削摩擦以及發(fā)生切屑焊死現(xiàn)象的可能性，此外還可減小加工時(shí)的功率消耗、扭矩載荷和切削沖擊。 

   拋物線型鉆頭的螺旋角為36°～38°，大于標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角(28°～30°)。螺旋角可表示鉆頭的“扭轉(zhuǎn)”程度，螺旋角越大，鉆頭&排屑速度越快。普通拋物線型鉆頭適合深孔加工的另一特點(diǎn)是鉆芯較厚(鉆頭的鉆芯是指鉆頭排屑槽成形后未被磨削的中心部分)。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的鉆芯部分約占整個(gè)成品鉆頭的20%，而拋物線型鉆頭的鉆芯則可占到整個(gè)鉆頭的約40%。在深孔鉆削中，較厚的鉆芯可增加鉆頭的剛性，提高鉆削加工的穩(wěn)定性。拋物線型鉆頭的鉆尖處開有槽口，因此可采用較大的鉆芯直徑，此外還可防止鉆孔開始階段容易發(fā)生的鉆頭移位現(xiàn)象。 

   拋物線型鉆頭采用高速鋼材料制造，為強(qiáng)化切削性能，也可對(duì)鉆頭進(jìn)行表面涂層處理。 

寬刃拋物線型鉆頭 

   為了適應(yīng)難加工材料(冷作硬化材料)深孔鉆削加工的需要，一些刀具制造商開發(fā)出了寬刃拋物線型鉆頭。這種鉆頭的許多特點(diǎn)與普通拋物線型鉆頭類似，如螺旋角較大(36°～38°)，易于排屑；鉆芯較厚，深孔加工時(shí)鉆頭剛性和穩(wěn)定性較好等。它與普通拋物線型鉆頭的不同之處在于排屑槽和刃帶形狀。寬刃拋物線型鉆頭的刃帶平滑過渡到排屑槽，從而使鉆頭切削刃具有較高的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)切屑也可通過排屑槽順利排出。 

   在深孔鉆削中，摩擦引起的高溫可能引起鉆頭切削刃輕微軟化或回火，從而加速鉆頭磨損。鉆頭切削刃在加工中保持硬度的能力可用“紅硬性”來表示。寬刃拋物線型鉆頭通常采用高速鋼和鈷高速鋼材料制造，由于鈷高速鋼寬刃拋物線型鉆頭具有較高的紅硬性，因此刀具壽命更長(zhǎng)，抗磨損能力更強(qiáng)。 

鉆頭表面涂層 

   普通拋物線型鉆頭和寬刃拋物線型鉆頭經(jīng)常采用以下幾種表面涂層：①氮化鈦(TiN)涂層：該涂層可顯著改善鉆頭的使用壽命和被加工孔的質(zhì)量，與未涂層鉆頭相比，TiN涂層鉆頭更適合對(duì)多種材料工件(尤其是各種鋼件)進(jìn)行高速鉆削加工。②碳氮化鈦(TiCN)涂層：在適當(dāng)?shù)那邢鳒囟认�，TiCN涂層比TiN涂層硬度更高、韌性更強(qiáng)、耐磨性更好，同樣適合對(duì)多種工件材料(尤其是鋼件)進(jìn)行高速鉆削加工。但在加工有色金屬材料時(shí)應(yīng)特別小心，因?yàn)門iCN涂層與有色金屬具有較高化學(xué)親和性，極易磨損。③氮化鋁鈦(TiAlN)涂層：該涂層可改善鉆頭的使用壽命，尤其適用于切削溫度較高的加工場(chǎng)合。與TiCN涂層類似，TiAlN涂層也不太適合加工有色金屬材料。 

鉆削參數(shù)的優(yōu)化 

   在深孔加工中，為了最大限度地發(fā)揮鉆頭的切削性能，必須根據(jù)特定的長(zhǎng)徑比優(yōu)化調(diào)整鉆削速度和進(jìn)給量。當(dāng)鉆削加工的長(zhǎng)徑比為4:1時(shí)，應(yīng)將切削速度降低20%，進(jìn)給率減小10%；當(dāng)長(zhǎng)徑比為5:1時(shí)，應(yīng)將切削速度降低30%，進(jìn)給率減小20%；當(dāng)長(zhǎng)徑比達(dá)到6:1～8:1時(shí)，應(yīng)將切削速度降低40％；此外，當(dāng)長(zhǎng)徑比為5:1～8:1時(shí)，應(yīng)將進(jìn)給率減小20%。 

   雖然拋物線型鉆頭的價(jià)格是標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭的2～3倍，但它在深孔(長(zhǎng)徑比大于4:1)加工中表現(xiàn)出的的優(yōu)異性能大大降低了每孔加工成本，因此成為機(jī)械工藝人員加工深孔的首選刀具。