合理選擇內(nèi)排屑深孔鉆刀片材料

    內(nèi)排屑深孔鉆分為單刃內(nèi)排屑和多刃錯齒內(nèi)排屑深孔鉆。目前，國內(nèi)內(nèi)排屑深孔鉆刀片材料主要選用硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的種類和牌號很多，除普通硬質(zhì)合金(YG類、YT類、YW 類)外，發(fā)展了許多新型硬質(zhì)合金，如細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(YG6X、YD15)、表面涂層硬質(zhì)合金(YB120)、添加稀土元素的硬質(zhì)合金(YW1R)等等。國內(nèi)常用于內(nèi)排屑深孔鉆的刀片材料的牌號主要是YG8、YT15、YT798和YW1等。

圖1 錯齒深孔鉆

    內(nèi)排屑深孔鉆對刀片材料的要求

    內(nèi)排屑深孔鉆削是在封閉或半封閉的狀況下進(jìn)行，切削熱不易傳散，排屑困難，工藝系統(tǒng)剛性差。當(dāng)鉆削中產(chǎn)生切屑不斷或排屑不暢引起堵塞時，常會造成崩刃或扭斷鉆桿的事故；當(dāng)鉆削中產(chǎn)生冷卻液進(jìn)不到切削區(qū)，造成冷卻潤滑不良時，會至使刀具溫度急劇上升，加速刀具磨損；隨著鉆孔的深度增加，刀具懸伸量增大，鉆削時的工藝系統(tǒng)剛性也隨之降低。所有這些，對合理選擇內(nèi)排屑深孔鉆刀具的刀片材料提出了一些特別的要求： 

    高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和紅硬性 內(nèi)排屑深孔鉆鉆削時切削力大，切削溫度高，鉆削刀刃的磨料磨損、擴(kuò)散磨損乃至氧化磨損都較嚴(yán)重，尤其當(dāng)工件中存在一些硬質(zhì)化合物時，磨損更加嚴(yán)重，所以要求刀具材料的硬度高于被加工材料的硬度，能在高溫下保持高的硬度，有好的耐磨性和耐用度。 

    抗沖擊性強(qiáng) 內(nèi)排屑深孔鉆鉆削時刀具易崩刃和扭斷，故刀片材料應(yīng)具有強(qiáng)的抗沖擊性。

內(nèi)排屑深孔鉆刀片材料的合理選擇

    同常規(guī)切削加工相似，對不同材料的鉆削，鉆頭刀片材料的選擇也有所不同。一般選擇原則如下： 

    鉆削普通碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼 

    對普通碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的鉆削，切屑容易控制，是比較容易切削的材料。刀片材料牌號的選擇一般為：導(dǎo)向塊用YT15，鉆頭外刃刀齒用YT789，中間刀齒和中心刀齒用YT789或YG8。 

   鉆削高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼 

   高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼深孔鉆削的加工難度較大，斷屑困難、切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、生產(chǎn)效率低。一般應(yīng)選擇抗沖擊性能、耐磨性好的硬質(zhì)合金作鉆頭刀片。通常，導(dǎo)向塊、鉆頭外刃刀齒、中間刀齒和中心刀齒均可選用YD15。 

    高溫鎳基合金 

    高溫鎳基合金切削時切削變形大，加工硬化傾向大、切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、加工表面質(zhì)量和精度不易保證。鉆頭刀片材料選用時的重點應(yīng)考慮刀具的耐磨性和耐用度。一般，導(dǎo)向塊選用YD15，鉆頭外刃刀齒、中間刀齒和中心刀齒選用YD15、YG10H或643。 

    不銹鋼，沉淀不銹鋼 

    不銹鋼牌號有0Cr17Ni4Cu4Nb、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti等，其切削變形大、切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、加工硬化使加工孔的精度和粗糙度變差。選用刀片牌號時主要考慮抗彎強(qiáng)度和耐磨性，通常，導(dǎo)向塊選用YG8，鉆頭外刃刀齒、中間刀齒和中心刀齒可選用YG8、YW1或813。 

    鈦合金(如牌號為TC4、TC6、TC11) 

    鈦合金切削時的特點表現(xiàn)為變形系數(shù)小，切削溫度高、加工表面生成硬脆變質(zhì)層、粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重。另外，鈦合金在高溫下會和YT類硬質(zhì)合金起化學(xué)反應(yīng)，從而發(fā)生粘接磨損和化學(xué)磨損。因此，在鈦合金上進(jìn)行深孔鉆削時，主要選用YG類硬質(zhì)合金作刀片材料。一般，導(dǎo)向塊、鉆頭外刃刀齒、中間刀齒和中心刀齒均可選用YG8或YD15。

    鉆削試驗效果分析

    高溫鎳基合金鉆削試驗采用單刃內(nèi)排屑深孔鉆頭對N901高溫鎳基合金進(jìn)行鉆削試驗，刀齒材料分別選用牌號為YD15、YG10H或643硬質(zhì)合金。試驗表明，在合理的切削用量范圍內(nèi)，可得光亮的C形屑和螺旋卷屑，刀具耐用度較高，孔徑尺寸穩(wěn)定，變化量小，加工精度為IT9～I(xiàn)T10級，粗糙度為Ra。3.2～6.3µm，直線度誤差在0.02mm內(nèi)。 

    沉淀不銹鋼鉆削試驗 

    采用多刃錯齒內(nèi)排屑深孔鉆頭，結(jié)構(gòu)如圖1所示，刀齒材料分別選用YG8、YW1或813，對0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀不銹鋼進(jìn)行深孔鉆削試驗，結(jié)果表明，只要刀具的幾何角度、切削用量選擇合理，可得到較理想的鉆削效果，例如：當(dāng)進(jìn)給量為0.08～0.12mm/r，切削速度為45～60m/min時，可得光亮的C形屑和螺旋卷屑，刀具耐用度較高，孔徑尺寸穩(wěn)定，變化量小，加工精度為IT9～I(xiàn)T10級，粗糙度Ra=3.2～6.3µm，直線度誤差在0.02mm內(nèi)。 

    圖2 內(nèi)排屑深孔鉆

    鈦合金鉆削試驗 

   鉆削TC4鈦合金，選用YG類硬質(zhì)合金(YG8 或YD15)，鉆頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，關(guān)鍵是刀具幾何角度的優(yōu)化，在合理的幾何角度下，可以確定合理的切削用量范圍，當(dāng)進(jìn)給量為0.12～0.16mm/r，切削速度為30～40m/min時，鉆削效果最為理想，鉆頭耐用度較好，孔徑尺寸一致性好，工件加工質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度可達(dá)IT9～I(xiàn)T11級，加工表面粗糙度Ra=3.2～6.3µm。由于加工過程平穩(wěn)，鉆頭徑向力變化不大，導(dǎo)向可靠，消除了深孔鉆削中最常出現(xiàn)的螺旋溝現(xiàn)象，減少了孔軸心線的偏斜，保證了深孔的加工質(zhì)量。

    結(jié)語

    合理選擇內(nèi)排屑深孔鉆刀片材料是保證深孔鉆削順利進(jìn)行和提高刀具耐用度的主要工藝措施之一，是影響加工精度，提高生產(chǎn)率的重要因素。 

深孔鉆刀片材料主要取決于被加工材料的性能，不同的被加工材料應(yīng)選用相應(yīng)的硬質(zhì)合金。 

對難加工材料的深孔鉆削盡量選擇強(qiáng)度、抗沖擊性及耐磨性好的刀片材料如YG8、YD15。