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。
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：
8 K" |: Q1 n& z+ p7 k# B
( }7 y. Q% Z- b2 d/ G; S8 v图1 FTO-GDXL的外观
" A1 y, A9 I8 }
6 w, q- f/ S. B图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
4 n. h/ I) y2 F: u尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
+ V$ Q, ~" i4 F* U5 p$ B8 S* l9 m切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
) I9 n; n& m- W加工机械：卧式M/C BT50
9 x2 o/ V) u" _& q! d; o切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
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。

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。
1 i' A- |  u6 H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。
% ~1 G. q, n! q& `, D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。
2 k, r4 d$ g3 F6 \  s7 r  N5 `
图5 FTO-GDXL的切削抗力图
/ R" O# G3 p- `) t! O& f- V  N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。
: \9 b. A/ k; ?' n, `, X: Q图6表示的是进给量依次增加时的寿命。

9 K8 \% @8 K8 `) S$ Q2 c图6 各种条件下的寿命

4 g; G; I# a! m, ?" p$ ]% Y: n, u图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
( G) s# n/ f: _) W4 X( N' E9 J孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
6 l3 Y. L' P' ~& t孔中间
孔底
第1孔
3 g4 Y! w( T' k8 i  v, n8 s$ v& s5.00
3.50
' m. N/ B( }% {( l3.84
第2孔
5.16
+ ^% T. P' b: ?1 |/ m1 I. q' J5.78
- \' G: x$ c. g. R6 ?9 d9 i' s; S4.70
$ [/ ~) y2 N( a0 P) h, I1 }第3孔
5.36
4 ?5 `, S8 p) V: }+ I0 L6.00
5.80
. m$ K7 k" }9 e$ k% R/ a* z/ I" X4 F第8孔
4.24
( v1 _0 y$ q" r7 B4 G7 j4.94
0 ]! T* L6 ~$ d7 j" z, ]* M3.98
第9孔
5.94
7.04
5.18
第10孔
, p8 ]% \: |: K2 E7 S2 [# V5.14
3.72
5.40

图片是加工第10个孔时的断面图
" }) ?7 W: L" x# S2 g; O(V=90m/min、f=0.2mm/r)
% r; C5 U2 q5 @' k, [7 k% u4 A: {图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
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。
( ^8 g% ?/ O% t6 R3 n8 |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。
0 z# y# }  v1 O( ?& u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。
- g3 X. o. a' z  ^+ t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。
5 J+ _0 e$ o+ J" S. F
图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
4 r8 Z& Q4 B- \: x" }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)
7 T2 \1 H; ]' w, v  l  }- m9 A! h阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
0 D) ~' V, g. l% P& P3 W切削油：水溶性
6 g; V! J9 T1 [' K2 X0 F" ?# r5 l空气压力：3MPa
9 N; _+ w4 c1 I0 M+ B导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
9 A3 A" r# T% Z; K; r☆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。
6 ]6 n5 r" ?! y! R; J图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
; T) B: H, e3 c+ o  r' f( i( }9 B7 V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。
0 M& d# K2 M8 }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。
: r" P, F* l8 j8 N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。

( f) y7 s6 g; ^1 W& \; `图13 S50C MQL加工的切削耐久性
( R0 ]! y) p, h( ^3 v) A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。
切削材料
( t( w; d. m+ v! a7 e' W0 z尺寸
/ j3 ~5 J) B4 R7 G9 t切削速度
切削量
孔深
切削油
FC25O
. y% p. r2 i7 }! s6 l' B7 {% UØ6
120
0.5
4 q2 B% D0 |' A  h130
MQL
SCM440
Ø6
80
0.14
/ u4 {) Q* }% d2 k# r120
MQL
FCD700
2 K2 h" E* S5 S- _Ø5.6
60
$ V7 l6 e0 X( Z3 {& c  f, V# }0 .3
70
9 G8 i5 c% o+ F' sMQL
SCM420H
% x3 N  ~/ e$ Y5 ?  ?Ø5
80
3 ]' g; H6 c1 \0.4
100
7 e* R* z1 A  e1 j水溶性
: X1 f( y2 ~  T  R2 [SCM415
  ?5 X6 v9 l7 z$ a) o; ?9 WØ5
80
0.25
150
水溶性
SNCM439
Ø5.05
( \. x6 z+ S9 v# p7 R& e3 j! \90
0.2
75
$ p  ]7 x7 G  `: U9 F水溶性
SUS420J2
2 F; y/ Y% N! i6 }2 e8 HØ6
80
0.2
120
0 Y6 ?3 A7 @2 X, w# m2 k水溶性
, I1 W3 o8 v7 a) z: D15-5PH
Ø4
60
0.12
80
水溶性
SKD11生
5 c$ c" G% s1 g$ q, vØ4
150
7 w  Y, l% _1 z6 v; m3 E4 A8 k0.12
80
  m. `0 |$ Z, T' Q水溶性
( P0 ?! S) }+ G* z' l1 ~SUS430
Ø5
80
, n& ?. T8 m" T0 q0 a% S0.15
4 N5 d6 s) s" K0 }1 s6 C150
- u  a! p, N" I6 ?% O# I油性
7 D; g: R" b- [: {) w. z图14 各种加工材质的加工条件
2 d8 R3 {! i: h& B! F0 E# k9 F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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