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。
/ }  I- w* C9 w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。
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：
+ W) \' S4 a0 {( t6 ?+ Y; w
/ s1 R" e$ B+ |8 ]" |图1 FTO-GDXL的外观
; D* X* u! \( \( v3 f
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
& z2 v& M  n1 N$ \/ H+ u' t孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
6 C# y! _4 C8 k6 D切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
- p* H; S7 o+ G; x& i* k4 ^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。

- f" o/ B9 W+ h4 X( m$ g* X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。
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。
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。
9 V* P) t2 d" H; @( \! ~3 s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。

0 T' b% Y& I. k* R# y/ @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。
: m: i+ ?. X& F$ 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
( @4 m' s' W# x/ J3 V& d孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
) o7 o' K! s4 x4 M孔底
8 x* \$ Q3 @0 l4 I第1孔
5.00
3.50
3.84
第2孔
5.16
5.78
6 p( {. \# |$ R9 `. m6 U4.70
& I6 w3 N2 E/ W1 ?1 F. J4 J/ a第3孔
5.36
6.00
7 P) b, Y" s5 v7 \0 y: x# w+ f5 w5.80
) y# L& J8 t* f2 @第8孔
! k$ m# ^" {; U4.24
4.94
/ R$ b# C. W6 l- k& |$ H; {3 w: z3.98
" g) p" p  S$ g8 D. K# R! d5 u9 }第9孔
5.94
" x6 V9 x; ~$ @5 y& s7.04
5.18
第10孔
5.14
. n4 Q) y# O$ u- O, d8 H: j3.72
5.40

图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
. I0 m4 y" Q& k3 G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。
9 s  L9 v$ N7 o. W) w/ S0 j0 W" |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。
9 ?  J, W0 [" i1 Z6 o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。
' Y& s; H" P( S% ~& L6 I* k2 c0 _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。
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。
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。

" F4 `! n( _( ^0 e5 @图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
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
& B7 I5 v9 @  N! v# J% D3 o切削油：水溶性
( E7 f% r, K" O1 w/ \空气压力：3MPa
, g) i" e; P9 ?导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
☆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
7 V0 b4 o' c  J  m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。
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。
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。
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。
6 H; C  v; M& Q9 s2 `3 O% h" p
: ]' Y9 A4 C8 g9 D) X图13 S50C MQL加工的切削耐久性
; i+ e2 V( O$ S/ W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。
5 N% B! p7 ^% K: v, [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。
8 M/ j; ]4 N' J7 N! X2 Y" c切削材料
尺寸
* F' v' y, o6 t* K$ ^) }5 z切削速度
切削量
1 l6 j9 T9 @: [+ w4 V% _孔深
切削油
FC25O
& _" [, ]( G9 ~( d- f& T: m1 nØ6
+ d9 D) L& z0 d2 C120
9 F2 s6 F) v5 [& P# z0.5
' b: s4 n3 {! o/ P130
MQL
SCM440
+ N& u8 ~/ k5 f* w# s! u. |Ø6
4 h! D! Z0 t# i& g- G80
! U+ c0 O/ U6 ]# t1 i5 _' @0.14
120
MQL
FCD700
2 A, h# a+ u. CØ5.6
60
0 .3
70
& K" e7 G$ z" v8 o" ]9 TMQL
+ u! q/ d) O& Z" L& _6 bSCM420H
0 @& @+ B0 B) v' bØ5
80
+ Q: J9 L# N3 s+ d3 _  X5 Z, i0.4
3 {2 ~, E! q* z0 |# d) X: u! \100
5 c6 t2 j5 w8 r9 a水溶性
; }* r8 Y3 }  p: K7 \5 ?6 T' OSCM415
& G7 a7 y0 _; l; r" ?) mØ5
& O- j3 R; V% x8 B80
0.25
150
- j2 l4 _  Y6 h5 B# g+ o8 g水溶性
SNCM439
- G# {! ~/ t5 w2 U# E' WØ5.05
90
" q' u: a3 T  c0.2
# e+ z5 l: V* f1 \7 ~& }. }3 }6 X6 v75
, y6 M& Q6 ^* r9 a/ a# {2 Y- j水溶性
' K, U" w0 h$ G  u8 ZSUS420J2
Ø6
80
3 \# l0 f  @+ ?0 k  H. p7 d) N4 O/ X0.2
120
* X2 p# G; F; R' Z" N水溶性
15-5PH
Ø4
+ ~6 g. p3 w6 R) Z9 k5 T2 D60
$ V- S" A2 M, A; e2 {1 z0.12
80
6 S* M, g% c9 z( F水溶性
" }5 Y  L, x. r2 ASKD11生
% d2 y4 u' @; e* Z; J3 f# E% EØ4
( X& I0 h; e$ h1 h150
5 V$ u) {/ _7 a. D  t0.12
9 L$ G4 U' n: u$ S9 I80
水溶性
SUS430
Ø5
! [4 ^! q& J+ b& ?4 X' Q80
/ F) i' s- s' V0.15
# a; j& {( a. _: n0 k% P- \4 K150
油性
5 W; ]! q8 s, X2 ]: v图14 各种加工材质的加工条件
4 V: Y* t/ S$ f1 L7 [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。
; J3 _" f. Z( _4 C% b$ \! g& X文章关键词：