钻削技术与刀具的发展

HEATS

　　最近在德国金属加工行业所做的一项调查表明，钻削加工是机械加工车间耗时最多的工序。事实上，在所有的加工工时中，有36%消耗在孔加工操作上。与此对应的是，车削加工耗时为25%，铣削加工耗时为26%。因此，采用高性能整体硬质合金钻头取代高速钢和普通硬质合金钻头，能够大幅度减少钻削加工所需的工时，从而降低孔加工成本。

: y5 P2 E0 f3 H# C5 z

　　过去几年来，切削加工参数(尤其是切削速度)在不断提高，特别是高性能整体硬质合金钻头的切削速度提高明显。20年前，整体硬质合金钻头的典型切削速度为60～80m/min。如今，在机床能够提供足够的功率、稳定性和冷却液输送能力的条件下，采用200m/min的切削速度钻削钢件已不足为奇。尽管如此，与车削或铣削加工的一般切削速度相比，钻削加工在加工效率上还有很大的提高潜力。

　　整体硬质合金钻头对于基体的韧性要求很高，而钻头的磨损在可控和均匀稳定的情况下是可以接受的。因此，典型的钻削刀具牌号比车削或铣削刀具含有更多的钴元素。

& O2 W( [! e) c& F7 U( a$ u ( n( `- L" g4 e) z7 x& P

　　钻头材质通常采用微细晶粒硬质合金，以提高切削刃强度，确保均匀磨损而不发生崩刃。用硬质合金钻头加工时通常要使用水基切削液，因此切削刃处的温度并不太高，但要求钻头具有抗热冲击性。性能最佳的钻头牌号是典型的纯碳化钨材料，而无需大量添加碳化钽或碳化钛。

6 R2 O3 l9 V% h6 ^ c

　　对于整体硬质合金钻头而言，涂层必须发挥比仅仅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂层必须在刀具与工件材料之间提供隔热层并保持化学惰性；必须将工件材料与涂层之间的粘结作用降至最低以减小摩擦；涂层表面必须尽可能光滑；此外，麻花钻的涂层还必须具有抗裂纹扩散能力。钻削加工的动力学特性可能会引起微裂纹，为了保持刀具寿命，就必须阻止裂纹扩散。通过选择正确的涂层工艺和生成适当的涂层显微结构，可使涂层材料处于压应力状态下，从而大幅度延长刀具寿命。

　　采用多层涂层可以获得良好的使用效果。多层涂层能阻止微裂纹在各层涂层之间扩散，即使有个别涂层出现损坏和剥落，其它的涂层仍可对硬质合金基体起到保护作用。对于钻削刀具，采用纳米涂层和精确定制涂层也具有很大的发展潜力。

5 S6 W7 F3 f( N7 v$ t8 w5 l# o ; o1 G6 }0 u+ C% d1 O3 z& V

　　例如，一种顶层采用TiN的新型TiAlN纳米涂层可使在钻削加工不锈钢时遇到的许多问题迎刃而解。平滑的TiN顶层涂层可减小刀具与工件材料的粘结与摩擦，而下层的TiAlN纳米涂层可为刀具提供硬度和耐磨性。这种涂层具有极佳的防裂纹扩散性和防热震性，在钻削不锈钢时切削速度可达70～80m/min，几乎是常规钻头的2倍。 【MechNet】

2 r# A3 d: \6 L: X% R' R/ ~- { z