小直径钻头的设计和使用

HEATS · 发表于 2010-10-22 08:28:16

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　　在机械制造中，小孔的钻削加工比较普遍，特别是钟表零件、柴油机零件、电子零件等产品的小孔加工更为突出。由于小直径钻头的直径小、强度低、刚性差，容易折断，再加上操作者使用不尽合理，导致小孔的加工精度难以保证，因此小孔的钻削加工难度大。本文结合实际生产经验简略介绍小直径钻头在设计和使用过程中应注意的一些问题，以保证小孔加工的尺寸精度和小直径钻头的合理使用。

　　1小直径钻头的结构设计

　　通常所说的小直径钻头一般是指f1～3mm的钻头，小直径钻头的结构形状与标准大直径钻头一样，均由钻芯直径d0、螺旋角b、锋角2f等组成，但柄部形式和各结构参数有所不同。

　　由于小直径钻头直径比较小，强度低、刚性差，因此在设计时应充分考虑这些因素，以便采取适当的措施。

　　材料的选择

　　小直径钻头的材料一般都选用W6Mo5Cr4V2高速钢。这主要是因为W6Mo5Cr4V2高速钢的碳化物细小，分布均匀，抗弯曲强度比W18Cr4V高出10%～15%，韧性高出50%～60%，机械性能好。

　　尽量增大钻芯的直径d0

　　小直径钻头的强度、刚性在很大程度上取决于钻芯的直径、螺旋沟槽与钻背宽度的比值。通常标准钻头的钻芯直径d0应是钻头直径d的0.125～0.15倍。容屑槽宽度q与钻背宽度p的比值一般是(1～1.3)：1，但是对于小直径钻头来说，应按以下数据来选定

　　d0=0.3dq:p=0.5:1

　　若容屑槽宽度为0.5mm，钻背宽度就应该是1mm。按上述原则选取d0、q、p时，可以使小直径钻头断面积增加30%左右，弯曲强度、扭转刚度相应地将提高2倍左右。此时钻芯不做成正锥度，以免减少容屑槽截面积，妨碍排屑。增大钻芯直径后，会相应减少切削刃宽度，增加横刃长度，造成钻孔的轴向力也相应地增大，为了减小轴向力，可适当地磨小横刃，以提高钻孔的效率。

　　采用较小的螺旋角b

　　大直径标准钻头的螺旋角一般在25°～32°内变化。通常增大螺旋角，能获得较大的前角，使切削轻快，容易排屑，切削变形所需要的能量就小，相应地降低了切削温度。但是对于小直径钻头来说，增大螺旋角会减小端截面的面积，影响钻头强度，容易引起钻头振动和崩刃现象，另一方面，当螺旋角较小时，有利于切屑的排除，因而小直径钻头的螺旋角b一般取10°～15°比较合适。

　　锋角2f的确定

　　锋角2f又称为顶角，它与切削厚度有如下关系

　　ac=(f/2)sin(2f/2)=(f/2)sinf

　　式中ac——切削厚度(mm)f——每转进给量(mm/r)

　　由上式可知，当锋角2f增大时，切削厚度和单位长度上切削刃的负载也随之增大。此外，小锋角的钻头在钻削时，定心准确，跳动偏摆小，可以提高孔的加工精度，一般选取2f=90°～105°。

　　2小直径钻头在使用过程中存在的问题

　　小直径钻头在使用过程中还存在着许多问题，只有弄清小直径钻头在钻小孔时容易出现的问题，才能有的放矢地采取必要措施，以保证钻孔的顺利进行。

　　1)钻头直径小、强度不够，小直径钻头的螺旋角又比较小，不易排屑，所以小直径钻头在使用过程中容易折断。2)钻小孔的切削速度高，钻头产生的切削温度高又不易散热，特别是钻头和工件的接触部位温度更高，加剧了钻头的磨损。3)钻孔过程中，一般多用手动进给，进给力不容易掌握均匀，往往稍不注意就会使钻头损坏。4)由于小直径钻头的刚性较差，容易损坏弯曲，致使钻孔产生倾斜。

　　3小直径钻头的使用方法和注意事项

　　小直径钻头在使用过程中，由于存在上述问题，同时受工件材质、质量要求、钻孔部位等不同情况的限制，所采取的技术措施相应地也要改变。

　　1)由于小直径钻头的强度低、刚性差，容易折断，所以开始钻进时，进给力要轻，防止钻头弯曲和滑移，以保证钻孔始切的正确位置。进给时注意手劲和感觉，当钻头弹跳时，让它有一个缓冲范围，以防止钻头折断，有时只要很小的进给力。进给力太小时，手动进刀不易感觉出来，这时可在进刀机构上装一个小重陀，靠其重量达到进给目的。2)在钻削过程中，需注意频繁退钻，及时提起钻头。因为小直径钻头工作时，排屑槽狭窄，排屑不流畅，所以应及时地进行退钻排屑，退钻的次数与孔的深度成正比，同时还可借此机会输入冷却液，或在空气中冷却。3)选用精度较高的钻床，小直径钻头所用的钻床要求主轴的灵敏度和旋转精度高，振动小、刚性好，主轴跳动应小于0.005mm，钻头用专用的小卡簧装夹，而不采用钻夹头或三爪卡盘直接装夹钻头。采用卡簧装夹可以使定位准确可靠，受力均匀并能抵消一部分偏摆误差，提高钻头的旋转精度，但绝不可用砂布、纸片加粗钻头柄进行装夹。4)由于小直径钻头的有效长度比较短，在钻通孔时，当钻孔深度超过钻头的有效长度，如果工件允许，可以采用两边钻孔的方法。5)小直径钻头在钻削小孔时要求钻床的转速要高，由于一般钻床的精度低，当转速太快时，容易产生振动，对钻孔不利。但是通常小直径钻头速度又不能太低，为了使钻削小孔时钻头平稳，减少振动，应选用高速(特别是硬质合金小直径钻头所要求速度更高)，一般都在v=7～10m/min。6)小直径钻头在钻削时，由于排屑不畅，钻头和温度升高较快，为了降低切削温度，减小切屑、工件和刀具接触面之间摩擦系数，达到提高小直径钻头寿命的目的，必须进行充分的冷却，一般用透明防锈水作为冷却液最好。另外也可以在钻头的沟槽涂上一层二硫化钼，或用粘度低的机械油或植物油进行润滑，可得到较好的使用效果。7)为了获得满意的钻削效果，小直径钻头应进行良好的刃磨，修磨锋角2f时，需要保证左右两切削刃对称，且两切削刃上的后角要相等。由于小直径钻头增加了钻芯直径，从而导致了轴向力增大，为了克服这些缺点，应认真地修磨横刃，修磨后横刃为直径的10%为宜。在实际钻孔过程中，根据不同的加工材料，可以把横刃修磨得更小。但是一定要注意钻芯中心左右对称，如果两条主切削刃和横刃不对称，在钻削时，载荷就会加在一个切削刃上，从而使小直径钻头产生径向摆动，导致小直径钻头在钻削加工中损坏。

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