性能優(yōu)良的高效鉆頭—“魔鉆”

發(fā)布日期：2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽：2990

1 引言


目前，可用于高速加工的刀具產(chǎn)品越來越多。高速加工意味著高切削速度和高切削效率。在鑄鐵的車削加工中，切削速度已可達(dá)到1000m/min。在鉆削加工領(lǐng)域，雖然硬質(zhì)含金鉆頭的使用已相當(dāng)普遍，但高速鋼鉆頭仍占有較大份額。就切削速度而言，鉆削加工仍明顯落后于車削和銑削加工， 其原因是鉆削加工中存在一些尚待解決的技術(shù)難題，其中最重要的環(huán)節(jié)就是排屑。

在鉆削過程中，切屑要從鉆頭本身鉆出的孔中排出，這樣，在鉆頭體中至少需要安排一條排屑槽，而排屑槽與孔壁包圍的窄小空間就成為排屑通道。由于切屑形狀及大小等原因，切屑常常會(huì)堵塞和滯留在排屑槽中，切屑堵塞對(duì)切削刃產(chǎn)生極大的瞬時(shí)沖擊力，極易使切削刃損壞．為此，鉆頭必須選用高韌性材料制造，這也是高速鋼鉆頭仍占有較大份額的原因。因此，要實(shí)現(xiàn)高速鉆削，就必須改進(jìn)鉆頭的排屑性能，提高加工的可靠性，這樣才能使更多的高硬耐磨材料可用于制作可轉(zhuǎn)位鉆頭，從而大幅度提高鉆削速度。











工件材料：碳鋼S50C 刀具規(guī)格：f20-3D

切削條件: v=150m/min,f=0.05mm/r, 冷卻液

圖3 45°斜面鉆削時(shí)孔壁表面粗糙度檢測結(jié)果

工件材料：碳鋼S45C 刀具規(guī)格：f20-3D

切削條件: v=120m/min,f=0.08mm/r, 冷卻液

圖2“魔鉆”加工表面狀況

2“魔鉆”的性能特點(diǎn)


京瓷公司（Kyocera）通過對(duì)切屑控制問題的潛心研究，于四年前開發(fā)出一種稱為“魔鉆”(Magic Drill)的可轉(zhuǎn)位鉆頭。由于該鉆頭可顯著改善排屑狀況，提高鉆削效率，因此在市場上獲得了較高聲譽(yù)。

一般可轉(zhuǎn)位鉆頭的切削刃包括內(nèi)刃和外刃，“魔鉆”也是如此（見圖1）。但“魔鉆”的外刃設(shè)計(jì)為階梯形，可起分屑作用，使切屑寬度變窄，從而可避免較大切屑堵塞排屑槽，改進(jìn)和優(yōu)化了排屑性能，且在高速鉆削時(shí)同樣可保持性能穩(wěn)定。

“魔鉆”特殊的切削刃幾何形狀可降低高速鉆削時(shí)的振動(dòng)，防止鉆頭體彎曲，并改進(jìn)了直線鉆削性能。此外，由于減小了切屑對(duì)孔壁的擠壓，因此可獲得良好的加工表面質(zhì)量（見圖2），這也是“魔鉆”的重要優(yōu)點(diǎn)之一。

圖3所示為在45°斜面鉆削時(shí)孔壁表面粗糙度的檢測結(jié)果。“魔鉆”的加工表面粗糙度值僅為普通可轉(zhuǎn)位鉆頭A的1/3。“魔鉆”的這種特性使得在凹面或凸面估削時(shí)也能獲得穩(wěn)定的鉆削效果，同時(shí)它還可減少預(yù)加工量，提高生產(chǎn)效率。



















工件材料：軋制鋼SS400 刀具規(guī)格：f34-4D

切削條件: v=160m/min,f=0.07mm/r, 內(nèi)冷卻

圖4 斜面鉆削

工件材料：球墨鑄鐵FCD600 刀具規(guī)格：f26-3D

切削條件: v=80m/min,f=0.25mm/r, 外冷卻

圖5 球墨鑄鐵的鉆削

工件材料：碳鋼S25C 刀具規(guī)格：f18-3D

切削條件: v=120m/min,f=0.1mm/r, 內(nèi)冷卻

圖6 懸伸工件的鉆削

工件材料：碳鋼S45C 刀具規(guī)格：f26-3D

切削條件: v=80m/min,f=0.12mm/r, 無冷卻

圖7 半孔的連續(xù)鉆削

圖8 凹端工件的加工

3 “魔鉆”的加工實(shí)例


  1. 斜面鉆削（見圖4）

    使用常規(guī)整體鉆頭或可轉(zhuǎn)位鉆頭鉆制斜面時(shí)由于定位不穩(wěn)，易使鉆頭體彎曲，導(dǎo)致刀具損壞。如使用立銑刀加工，時(shí)間長，效率低。使用“魔鉆”加工，在長徑比L/D＝4的情況下切削平穩(wěn)，可大大節(jié)約加工時(shí)間。

    在斜面鉆削的斷續(xù)鉆削階段，可將進(jìn)給率降低到0.05～0.07mm/r。以保證鉆削平穩(wěn)，從斷續(xù)鉆削階段進(jìn)入連續(xù)鉆削階段后，則可根據(jù)排展情況加大進(jìn)給量。


  2. 球墨鑄鐵（FCD600）的鉆削（見圖5）

    使用常規(guī)整體高質(zhì)鋼鉆頭鉆削球墨鑄鐵FCD600時(shí)，切削速度20m/min，進(jìn)給量0.3mm/r。使用“魔鉆”時(shí)則可將切削速度提高到80m/min，總生產(chǎn)效率可提高3倍以上。此外，“魔鉆”的加工表面質(zhì)量明顯優(yōu)于普通鉆頭，可省略精加工工序。加工球墨鑄鐵時(shí)，刀具磨損較快。切削速度推薦為80～100m/min。綜合考慮刀具壽命和生產(chǎn)效率，進(jìn)給率不應(yīng)過低，如孔徑D＞20mm，“魔鉆”的進(jìn)給率推薦為0.15－0.25mm/r。


  3. 懸伸工件的鉆削（見圖6）

    使用常規(guī)高速鋼鉆頭鉆削時(shí)（v=40m/min, f=0.3mm/r，外冷卻），由于工件懸伸較長，鉆頭鉆入時(shí)工件和鉆頭均發(fā)生彎曲現(xiàn)象，因此需預(yù)鉆中心孔。使用“魔鉆”鉆削時(shí)則無需預(yù)鉆中心孔，且鉆削噪聲和表面粗糙度均有所改善。由于鉆制此類工件過程中工件和鉆頭容易發(fā)生彎曲（尤其在鉆頭鉆入時(shí)），為降低工件彎曲程度，在鉆入工件1-2mm時(shí)需降低進(jìn)給率。


  4. 模具鋼（SK61）的深孔鉆削

    用長徑比L/D=6的長桿鉆頭鉆削孔徑為28mm、深度為140mm的SK61模具鋼工件時(shí)，使用“魔鉆”的加工效率可比使用整體式鉆頭提高3倍以上。

    使用長桿鉆頭加工時(shí)，鉆入工件時(shí)鉆頭容易偏移，防止措施是鉆頭鉆入時(shí)略為降低進(jìn)給率。


  5. 半孔的連續(xù)鉆削（見圖7）

    使用f26鉆頭，以12.3mm的孔距連續(xù)粗鉆槽（鉆半孔，孔深13.5mm）。由于鉆頭極易發(fā)生偏移，這種加工對(duì)于整體式鉆頭或常規(guī)可轉(zhuǎn)位鉆頭均非常困難。使用“魔鉆”則可成功完成這一加工，其效果與斜面鉆削一樣好。對(duì)于半孔的連續(xù)鉆削，當(dāng)孔距小于半徑時(shí)，鉆削穩(wěn)定性將有所提高。


4 “魔鉆”的使用要點(diǎn)


  1. 排屑控制

    當(dāng)加工粘性材料（如低碳鋼）時(shí)，應(yīng)特別注意排屑控制，如選用的切削速度過低，容易導(dǎo)致切屑不易切斷，排屑性能變差。加工粘性材料時(shí)推薦的切削速度為150～250m/min。

    一般來說（不僅局限于加工粘性材料), 如果切削速度過低，切屑的產(chǎn)生速度也隨之降低，會(huì)導(dǎo)致排屑困難。為便于然屬控制，除某些特殊材料外，選用切削速度至少需在80m/min以上。


  2. 振動(dòng)控制

    當(dāng)切削速度提高時(shí)，容易產(chǎn)主振動(dòng)。這將對(duì)加工表面粗糙度和切削刃的可靠性造成較大地影響。選用長徑比（L/D）較小的刀具可有效防止振動(dòng)。


  3. 對(duì)經(jīng)過預(yù)鉆（或預(yù)鏜）孔的加工

    由于可轉(zhuǎn)位鉆頭具有內(nèi)刃和外刃，因此對(duì)經(jīng)過預(yù)鉆或預(yù)鏜的孔的鉆削相當(dāng)困難，這是因?yàn)閮?nèi)刃和外刃的切削阻力不易平衡，易使鉆頭體隨之偏移而產(chǎn)生振動(dòng)。這時(shí)應(yīng)根據(jù)具體工況適當(dāng)降低送給率；如果決定選用可轉(zhuǎn)讓鉆頭進(jìn)行加工，則最好不作預(yù)鉆或預(yù)鏜加工。

    加工如圖8所示工件時(shí)，因工件兩端皆內(nèi)凹，應(yīng)選用長徑比（L/D）較小的鉆頭，且應(yīng)根據(jù)加工情況在入刀和出刀時(shí)適當(dāng)降低進(jìn)給率。


5 結(jié)語


隨著高效率可轉(zhuǎn)位鉆頭的日益普及，硬質(zhì)合金刀片在鉆削中的應(yīng)用將越來越廣泛。但可轉(zhuǎn)位鉆頭的推廣應(yīng)用仍有許多問題需要解決，如長徑比L/D＞5的深孔鉆削、小孔鉆削等；同時(shí)還需要繼續(xù)研究與開發(fā)新的高強(qiáng)度刀具材料。但無論如何，可轉(zhuǎn)位鉆頭都將成為高速、高效鉆削的主流刀具。

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