钻孔技术

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以下将介绍孔加工用的高速、高效加工用钻头，以及有利于环保的MQL加工方式。
& n1 \) G5 x1 }: c首先介绍的是，可对钢材进行高效深孔加工的加长油孔钻，类似于曲轴斜孔加工这种对钢材进行深孔加工的工艺，可以说是孔加工中最困准的。近年来，随着高速加工的发展，刀具的硬度也大幅提高，但是在这样的深孔加工中，即使是高硬度钻头也容易发生崩刃、排屑堵塞等是使加工不稳定的因素。因此，厂商大多使用的是低进给速度的枪钻，或是使用高速钢加长钻头进行阶梯式加工。
, R8 y! Z) z, z& B  L6 x针对这种情况，OSG新推出了对于高速深孔加工具有革命性意义的FTO-GDXL，它的特征和外观如图1所示：

图1 FTO-GDXL的外观

图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
7 l$ y5 A+ }$ w) P' G( {加工机械：卧式M/C BT50
' A+ q. ]4 M' i" D- k) ~切削油：水溶性切削油
. X! b2 s1 W/ z5 O* V2 s: s6 b空气压力：7MPa
  R6 J1 I* v* Y" _% f, z( d导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
它的特征是可生成细小切屑，并且拥有能顺畅排屑的螺旋槽。螺旋槽的形状和横刃共同作用将切屑切碎。而且，螺旋槽有足够的空间将切屑顺畅排出。

8 W) X* \" [+ _$ W( P图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
此外，关于刀具的材质，由于钻头的切入量很长，容易发生崩刃等情况，所以采用了粉末高速钢中特别耐崩损的高级材料作为刀具的材质。TiAlN的涂层表面与以往的涂层相比，提高了光滑性，以利于顺利排屑。
+ W6 p. T0 R6 f' w8 _, Z下面介绍一下FTO-GDXL的切削性能。首光是高碳钢的加工案例，同传统的加工方法比较，加工效率、加工负荷、寿命等如下所示。加工条件如图3所示。需要注意的是，使用此款钻头时，导孔是必要的。
" C6 e  h8 U( L, B# H% g2 a% I: @由于刀具的悬臂很长，如果没有导孔的话．钻头的切入部分会产生震动，孔的入口直径会变大，当然寿命也会降低所。所以最适合的加工条件如图3，即先用短刃型硬制合金钻头进行导孔加工。
/ w% E7 M$ B% [导孔的直径为钻头直径+0.02mm～0.1mm以下．前角应等于或大于钻头的尺寸这样钻头可以从中心部开始切入，不论是寿命、精度还是安定性都比较好。
跟传统的深孔加工中被广泛使用的枪钻或高速钢加长型钻头相比，FTO-GDXL的加工效率最高是枪钻的6.5倍，是高速钢加长钻的15倍。
( D1 _, Y" @" D5 q2 X8 A3 t2 a, X, P
2 D+ |9 u- u4 Y2 {* i! [: c图5 FTO-GDXL的切削抗力图
图5是用FTO-GDXL进行加工时的切削抗力图，如图所示，在高进给的情况下图形平稳，随着孔深的增加，切削抗力并没有增加。而且排屑顺畅，并无堵塞现象。
图6表示的是进给量依次增加时的寿命。
5 e+ Y# s" n* q) F4 B# m! K
" G: v3 {! @# E" |/ Q: O& R) y图6 各种条件下的寿命

图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
孔数
+ p" C& _0 D. t& J( O+ p' `% y0 o光洁度Ry[µm]
7 [! q4 G) ~" D# W, G3 N( s孔入口
孔中间
孔底
' ]; n6 y$ L7 B. g2 ~6 u6 E第1孔
* [9 r# V7 e1 r8 @6 b$ K2 E5.00
- ^( M0 z4 t: }3.50
3.84
第2孔
; {( s) _) \, |5.16
$ @0 m  ?" q6 e: y3 a  A  G5.78
4.70
第3孔
5.36
6.00
5.80
9 R; ?) v% e" u4 S第8孔
. Y( h) x  V" y( J+ g# e+ j4.24
. K5 F( G- X7 @1 v4.94
3.98
& d& W/ V" Z: [" A第9孔
7 @" m: L: |' `/ \2 T5.94
# s" U; k. l9 M5 m: o- U7.04
5.18
第10孔
& a: N$ w2 c3 _. \  _' |5.14
3.72
. x8 Y$ z# [3 g* n5.40

图片是加工第10个孔时的断面图
9 _" s( `( B' N  _2 x" H( b  b(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
4 ?. q& T9 {7 n即使是20倍直径的深孔加工，不论在何种加工条件下，加工孔数都在800孔以上(切削长度97m以上)，这是史无前例的高效率、长寿命加工案例。刀具寿命判断标准VBM为0.3。
加工过程中的孔径推移如图7所示，孔壁光洁度如图8所示。
关于孔的扩大量，孔口0.01mm以下、中间0.003mm～ 0.007mm、孔底0mm～0.004mm，这样的扩大量是非常小的。孔壁光洁度也很好，只有Ry3.50µm～Ry7.40µm，我们可以看到，用FTO-GDXL进行的是排屑顺畅、没有震动的切削加工。
像这样用加长钻头进行孔加工时，孔的垂直度是一个问题。对于这个问题，如图9所示，用FTO-GDXL加工的孔从孔口到孔底的垂直度极高。
+ a7 q- ~- K0 \; ~  |4 P" g& C# V下面介绍更深的孔加工案例，加工材质SCM415H非常易粘结，容易排屑堵塞，但FTO-GDXL加工时30倍直径一气呵成。加工条件如图10所示。
) {# Y3 x2 w7 F象以上的加工条件．传统型枪钻加工一个孔的加工时间为1分30秒以上．如果用FTO-GDXL的话只需要19 秒。主轴负担也很稳定，如图11所示，像这样易黏结的材料，切屑也很细小。

" @$ B$ ^2 c2 K- y图9 加工过的孔的垂直度
8 v7 _0 M" K. {2 Z  W尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
4 g5 a* A( ]7 s' j切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
% t& G* }0 c$ T$ n$ r切削油：水溶性
空气压力：3MPa
导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
: n  Q  C% _; ^8 C6 N3 x☆低转速插入导孔，插入后待转速达到指定转速再开始加工。加工后再降为低转速。
图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
$ W, y- K& J0 J4 {现在开始介绍MQL的加工案例。近年来、由于环保问题的备受关注，切削加工现场为了极力减少废弃物，越来越青睐半干式加工。其中汽车制造业对MQL加工也很关注，FTO-GDXL也能很好的进行MQL加工。下面介绍它的加工案例。
" F$ u$ D! K+ g2 o5 P3 y* p汽车制造业中，曲轴、缸体、缸盖等发动机主要的部件加工都开始采用MQL加工。这其中、曲轴上的油孔大多为10～20倍直径的深孔加工。如果用传统的加工方法进行加工，加工时间、刀具寿命、稳定性都是加工难点。
2 t. [& G8 k0 i3 f+ v* Y' @% [' o由于以上介绍的部件加工非常困难，所以主要使用的是之前介绍的枪钻和高速钢加长钻头。像这样的材质硬度高、难加工部件，可以用FTO -GDXL来进行半干式加工了。
% ~- T3 g+ }# B* r7 N8 m下面是用FTO-GDXL，对S50C进行MQL加工的加工案例。首先加工条件如图12所示。
5 {2 P4 q+ J" B9 J
图13 S50C MQL加工的切削耐久性
切削寿命如图13所示，并且钻头可以进行再研磨、再使用。所以再研磨性能也是决定产品价格的重要指标之一。图13是新品、再研磨、再涂层的寿命的比较图。
如上图所示，即使是MQL加工、切削长度100m、还可继续进行加工，它的寿命是非常好的。并且，经过再研磨、再涂层后，还可获得跟新品同样的切削长度。
如以上所介绍的，FTO-GDXL是可以进行高难度加工的高速深孔加工用钻头。最近、加工材质除了以上介绍的S50C、SCM415H以外，还有FC250、SCM440、SCM420H、SCr420H、SNCM439等材质，甚至是对于加工难度很大的SUS420J2、15-5PH 、SKD11(未处理过)也可以进行10～30倍直径的无停顿一次成孔加工。实际的加工条件如图14所示。
6 a+ P1 k" ?8 `' U' h切削材料
尺寸
! o5 C+ A( U4 D, Y4 z切削速度
切削量
孔深
切削油
FC25O
/ C6 D, H6 d0 A# P! oØ6
120
# Z( `6 s. Y' L1 \0 ?0.5
130
; }# h8 J* c# j2 a* S- {) |MQL
SCM440
Ø6
80
# A1 ~; v6 ]9 A! r# i; r0.14
6 s' r' [, b5 M, ?6 w120
MQL
FCD700
Ø5.6
60
: m( p' H5 z" j3 h  n0 Y( I9 {0 .3
; n0 T, s+ R' U7 z/ g70
* `* C5 o  R4 h5 e. g" T% T+ mMQL
SCM420H
Ø5
% h7 ~! t/ V# N  J: |, V' j80
3 w4 y  y' l  S' X0.4
100
# g% y1 L. A1 a7 Z4 U水溶性
( F5 ~' U+ j+ BSCM415
& D% E2 P3 o1 `2 MØ5
/ j2 ]9 u5 ?( e2 c3 F% B80
0.25
150
水溶性
6 D6 A8 S* F$ @SNCM439
Ø5.05
90
0.2
75
水溶性
8 `' S4 \% ]9 G0 d" t2 D* xSUS420J2
$ H1 }1 k/ E+ |8 p  SØ6
* ~7 B, C: D7 q% U4 c+ B, t80
0.2
8 `$ v* j2 s4 Z9 w, a" X120
; \) T5 C( Y; Q% ?3 F# G* Y* V) \水溶性
- J& B; z5 M1 Z* L15-5PH
Ø4
' y* q: |  }7 }* f$ k60
0.12
- ^( J, i) t/ J3 n5 `1 S* {; e% |80
水溶性
& C0 m; E7 \! I& u6 x# I& KSKD11生
" }. l+ d0 O2 g+ w3 u$ nØ4
150
0.12
80
水溶性
SUS430
Ø5
3 t/ L2 D  k) e; D( f) p80
0.15
6 F" {" {4 _  c$ z1 ?150
油性
& R6 |6 A6 @9 T: S) V图14 各种加工材质的加工条件
) G* l, u  `# |今后我们将致力于开发加工孔深更深、直径更小、速度更快，性能更好的新型钻头，并提供整体式的深孔解决方案。如果您在深孔加工中有任何疑问，OSG永远欢迎您的来电。
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