钻削加工技术中的新发展

HEATS

　　尽管有多种不同的旋转切削刀具能够加工孔，但钻削仍是主要的孔加工方式。当今正不断出现使用新材料、新涂层和合理几何形状的新型钻头设计；钻头材料正采用更先进的材料，如钴、钨硬质合金和毫微晶粒硬质合金等。新型钻头涂层使钻头设计能够提供更有效的钻头几何形状。在钻头材料和涂层中，微晶硬质合金材料和最新的物理气相沉积(PVD)涂层具有较大的潜力。

0 F& U8 U" I4 A: T2 O4 m 7 {+ W3 e( H$ }

　　在钻削加工中，正确选择钻头十分重要。钻削孔径为51～76mm或更大尺寸的孔所需功率较高，通常要求钻孔工艺必须分两道工序完成，大直径孔由于功率消耗大，仅用一把钻头加工是很难实现的。除了孔径尺寸外，钻削加工的其它因素，如加工材料、零件形状等也是钻削的关键因素。有些材料比另一些材料容易加工；在较大钢件上钻孔并不难，而在一个形状复杂、空间十分有限的区域进行钻孔就比较困难。

0 `% i5 ]+ Q! q, u' S1 Y

　　具有可换刀片的钻头是加工通孔的理想选择，而精密孔加工则应采用整体式硬质合金钻头，钎焊钻头和焊有硬质合金的钻头在钻孔中钻尖容易脱落，故不宜采用。可换刀片钻头不但可节省与整体硬质合金和钢制钻头相关的昂贵的刀具重磨费用，而且多种可换刀片使得操作者能够快速改变钻削刀片的几何形状，以提高钻头的切削性能。

6 X" l3 }2 i( A2 G$ u

　　新型的钻头设计制造技术

) ~4 `0 h; s1 r% w' }7 C' M" u

　　快换钻头具有加工灵活性，用户可通过改变钻头的刃磨方法、后刀面锥度及钻头的几何形状，最大限度地提高钻头性能。例如对加工一些硬质材料(如不锈钢和高温合金)，钻头应有较锋利的切削刃和更大的后刀面锥度。如想减小切削力，使刀具钻削更流畅、排屑更顺畅，可通过改变钻头的几何形状，使钻头性能最优化。

) I9 Q) l0 b# b3 z! C: v6 l2 l+ g+ O; \

　　根据钻头的切削性能要求，可改变混合硬质合金钻头内部的材质成分。Sandvik公司的双质硬质合金钻头综合了两种不同类型硬质合金的特性。从理论上讲，在钻头中心部位切削速度为零，坚固而富含钴的硬质合金可承受由非常低的切削速度引起的振动。随着切削速度的降低，切屑可能会焊死在切削刃上。钻头应具有足够的刚性和润滑性，新型钻头可以通过涂层来获得好的润滑性能。钻头四周边缘部分以非常高的切削速度旋转，此时钻头又需要采用坚硬的高强度硬质合金和耐磨涂层。Sandvik公司经常使用氮化钛铝(TiAIN)和碳氮化钛(TiCN)作为钻头涂层，为进一步改善润滑特性，也可加入其它涂层材料。

　　亚微晶粒硬质合金材料在粗钻和粗铣加工中应用前景广阔。近年来，硬质合金材料和硬质合金刀片制造商已经进入更小晶粒硬质合金材料开发领域。一种新型工艺使制造商能够获得小于微米级的硬质合金晶粒，这种毫微晶粒硬质合金兼具硬质合金的高硬度的高速钢的高拉伸强度。在钻削加工中，无论钻头转速多快，钻头尖端的切削速度几乎为零，当加工硬材料时，钻头有被压碎的可能，采用微晶硬质合金钻头则可避免这种危险。

/ T) B5 O. w$ O 8 E7 ^2 ~+ d# v% g% ]% g7 `

　　Iscar公司在硬质合金烧结前，通过在硬质合金中加入不同的添加剂，生产出亚微晶粒硬质合金，通常在加热和烧结硬质合金到形成最终形态的冶金工艺过程中，晶粒尺寸是趋于长大的，这种亚微晶粒硬质合金是一种刚性类同于高速钢、硬度又与硬质合金相似的材料，它可采用非常高的切削速度，其刀具寿命是原来刀具寿命的8～10倍。

! d! O) W, z. J9 W9 h7 f

　　先进涂层的出现，使一些工具厂家开发出了几何形状更加合理的钻头，如干式加工用钻头。正确确定钻头的合理几何形状取决于所用钻头的尺寸和特定用途。在先进的CNC加工设备上进行大批量加工，一般要求有较高的切削速度和进给量，所以要求钻头具有更为合理的切削刃几何形状。

& d% N5 W2 n! }$ N

　　先进的钻头夹具系统

8 r! C% }' q( A9 j4 d' ^

　　要想获得满意的加工效果，夹持钻头的夹具性能至关重要。如果钻夹具达不到所要求的刚性，即使获得了驱动钻头的功率，也不能进行有效的切削。先进的钻夹具可获得很小的钻孔公差，尽管多数钻削加工不需要太高精度，但仍有些钻削加工的精度要求仍较高。最近，Bilz/RMT Tool公司和TM Smith Tool International公司引入了一个用于精密钻削加工的新型的刀夹具系统——Thermo-Grip刀夹具，这是一种新型的热装夹紧工具系统，Thermo-Grip刀夹具不用紧固螺钉装夹刀柄，也不用螺母和垫片固定刀具，由于在夹具的一侧无紧固螺钉，因此不会引起振动，所以刀具和夹具从一开始就具有良好的动态平衡，使钻削可在平衡状态下更好地进行高速加工。Thermo-Grip夹具的孔比切削刀具稍小，用一个感应线圈加热夹具前端，热膨胀使夹具孔胀开，将切削刀具插入，当夹具冷却后，刀柄四周在冷却压缩效应下即可产生足够的刀具夹持力。

! l: _; i j/ K

　　TM Smith Tool公司开发了两种新型钻削工具系统：HSK和近心钻削系统。据该公司预测，这两种系统承受冷却液压力指标是6895kPa(实际可达8274kPa)。

6 `; H* ]$ m6 L7 F' j& f

　　Briggs & Stratton公司利用传统的理想圆锥刀柄设计的优点，开发出一种近心刀具夹持系统。该系统采用一个理想的圆锥前端，刀柄中心的6个球形孔将刀具系统夹持在主轴上。用户可选用一个旋在刀具后面的孔塞，此孔塞连接在主轴机体上，可将刀具后部的冷却液隔开。

6 `9 y) g" T/ i, \* J# a$ u

　　为了提高切削速度和延长刀具寿命，许多用户已将HSK短锥柄、高速主轴和小型金刚石刀片应用于实际加工。使用尖形PCD刀具可使刀具寿命更长，减少刀具的更换次数，最大限度地增加每把刀具的孔加工数。HSK空心短锥柄能使刀具安装公差达到0.00013mm或更小，可用于高速加工。汽车和航天工业对HSK空心短锥柄需求量较大。【MechNet】

6 H5 ^* V9 b- e- l* b% t" K : ?" q; f4 f7 X& @ D3 U z( k5 K