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。
3 p. p7 O2 k; s2 B4 i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：

, z: {6 c! J# ~! F图1 FTO-GDXL的外观
9 j3 D' r6 S" Z  D- b* j. r4 ?
图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
" h1 E8 V1 L: D9 _0 B: ~* n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
孔深：120mm盲孔(20×D)
! H* v% D# [- [% k8 p加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
/ E0 B) N! N/ v$ u( U# L9 i( o7 ^导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
& F) k( L" j( |# H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。

2 Q( P$ H4 @8 V5 g, \$ {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。
8 o* _* Q6 M- _% x+ Z" q3 l, h4 r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。
7 Z! M# b' E1 R, E* W! Y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。
* q* b7 m# z2 @% ^  l, W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。
: a! r# q7 C, {! u: D3 S
* b* t4 K* X! ~+ \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。
2 Y* V) A$ M& H, V6 \8 g
- G. @! l" b% T4 \4 k3 `. E$ q图6 各种条件下的寿命

+ F) m8 [+ b8 i图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
# `+ n7 B% N- [1 R' `* k3 u孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
/ r( c7 Z: t0 m' s7 s孔中间
, g/ J0 |# X  w) c0 y  w' C' \孔底
+ D0 e- A: L, F$ r8 Y$ z第1孔
5.00
/ `1 f* A5 e" n: P+ E3.50
3.84
0 o% b* M% M* L9 H# o- ~第2孔
) l; ~+ ^7 T6 r3 e4 z6 {( D+ C$ I5.16
5.78
4.70
第3孔
5.36
6.00
5.80
6 N% c- |5 x* j' k# [/ ]( m5 J) a* X第8孔
4.24
4.94
6 a! B+ a0 W) G' U5 ~3.98
第9孔
) b6 R0 P1 H" j5.94
7.04
* P* k: u, `" \* }: R5.18
: A7 J" D# q. _# i: E5 A' \/ H第10孔
* W, `+ \0 d* f! b5.14
, r9 {) i( V" w2 F7 ]+ k/ C3.72
5.40

4 Q- k3 Z5 r. h, K图片是加工第10个孔时的断面图
: ]9 r6 F3 ^9 W5 q) K8 l(V=90m/min、f=0.2mm/r)
$ F, a# y* e' _5 o/ ?9 ^图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
; B$ K* c) q  J/ k9 j7 A+ s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。
5 [- H! W; k1 |3 b5 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。
0 K9 W3 b9 d6 i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。
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。
+ U5 }0 {0 w# O  {
图9 加工过的孔的垂直度
2 `  i, B$ W7 u9 y1 u3 h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)
  d2 N; N5 c; q阶段式加工：无
0 d( _* Q- s0 B, r$ A# A0 _机械：卧式M/C BT40
) a% z0 M& e% E7 ?$ w' w( f: b+ y1 A切削油：水溶性
空气压力：3MPa
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
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。

图13 S50C MQL加工的切削耐久性
6 ]' h# V% A7 w; ?  y  k; b+ `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 l( O8 b9 e) t3 J0 O6 m* J) o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
尺寸
切削速度
切削量
8 `$ b( A+ e) ?3 ?孔深
4 u) H- a0 ?( c' `切削油
2 a! l& ^3 R7 V& gFC25O
/ T  V& o! X& @8 a9 IØ6
120
0 |4 ]/ i# J9 A8 g, j/ v4 {/ a5 i0.5
7 r3 J. x3 e5 B% {130
: e  W% V9 x, D: @" I0 Q: FMQL
: S# C0 L7 x' w3 j/ KSCM440
/ t# q+ ^9 g" \7 ^! k& z" zØ6
80
" J" ^  `0 }: H) `0.14
120
MQL
FCD700
Ø5.6
60
0 .3
70
& B4 }# [4 x) GMQL
SCM420H
Ø5
/ P0 j5 ^5 q4 M: W/ `7 P- g80
0.4
100
水溶性
SCM415
Ø5
80
* O' R# J; g5 `0.25
4 [7 q" B+ f4 T9 W3 H! R" C* p150
水溶性
SNCM439
1 K# B! B: B" }9 y- w& OØ5.05
7 Z4 p7 |9 L' H/ H' X% [5 i90
5 Z  l1 f: H6 A" Q" T1 }- b0.2
7 V9 a! a7 Z# _6 n/ l7 S75
8 C- P, g0 y3 |水溶性
8 _/ b3 M9 R3 A" ~+ I. j, LSUS420J2
1 k' o" N$ v$ i1 B' L& Q5 X. e$ uØ6
80
; _0 f& f+ P. B2 u0.2
120
水溶性
15-5PH
% R# D- w8 H; {( `( K& f/ @Ø4
+ l& L3 p, m9 l60
0.12
! u! {- K# W& `2 C# [80
4 f! C! b6 s  z0 Q0 v水溶性
SKD11生
4 z3 U7 p! |1 |+ fØ4
* i5 [/ p3 s. c; v9 U150
0.12
. T. {; Q: x% ]8 d80
水溶性
SUS430
) l) G! A2 d; h/ o/ e' cØ5
6 g. V5 [3 ?  S& y2 y  F7 Z80
0.15
150
油性
8 o$ s( M" N9 `7 l/ u图14 各种加工材质的加工条件
$ h- F& \4 m- |, e# E* N: g! j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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