钻孔技术

xstar264

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。
( R2 K5 R+ i, ?4 y) F7 ?3 y6 L$ U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。
" F- Z5 x* H) ]7 ^" \1 C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：

图1 FTO-GDXL的外观
& ^8 R0 C4 L& |  h5 p! \- |
图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
4 b8 l  N) R) O4 O切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
: s; M6 k0 y! V' A& k0 i切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
% T( R( C7 F. ]( h导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
3 e. V4 r/ I( V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。

1 D: Q. w: Z" m0 f4 w# ~% 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。
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。
: u5 X# }4 u$ d7 Z5 [% j5 ]9 @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。
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。
, e8 X7 M( j3 w6 |. L
8 ^# `6 ~0 D0 W9 M, D图5 FTO-GDXL的切削抗力图
, F# |5 ]. e8 C, u8 S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。
  L0 e3 u- L# q! g, K) K: ~/ U图6表示的是进给量依次增加时的寿命。

  X0 j) K# g- i/ X3 N! e图6 各种条件下的寿命

; Y9 ^; B3 ^6 d% f; L图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
& X8 K4 U( X7 {孔中间
孔底
第1孔
, d8 a1 X2 h7 u+ m* s* D5.00
" O7 ^5 C; ~+ H7 E, w3.50
3.84
第2孔
* f" E8 O! o; a/ j5.16
2 z  J* x7 M  j& R5.78
4.70
) ~) G% w) X4 s5 u% V0 |第3孔
5.36
6.00
2 `" L/ Q4 C# b8 c" e) `" n  m/ C3 A5.80
第8孔
2 X5 X0 w( O, ^3 h4.24
4.94
5 p+ v. c+ Z! K3 N4 ~- Q% I3.98
第9孔
! Q- ~- n6 |4 P7 q& R. h5.94
8 W6 Z. q, A. T5 z" F  p7.04
$ Q# Z/ {: D1 O3 g; |5.18
第10孔
0 B+ W* k: ]5 Y; C. B& N% f5.14
+ p2 U: h; Z1 D7 D" z3.72
5.40
9 p" ?  G3 n# U  b( D( `4 ~
图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
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。
, }$ _  Q9 @, f8 s; s0 X4 Z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。
, O9 l) o0 ]/ \5 z, e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。
9 S0 S1 Y/ [& l+ L' O3 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。
6 D: y$ D1 h3 {+ c) l
1 B% O9 _) I* d! \% Y- h图9 加工过的孔的垂直度
/ l% ^, y  W! R- D4 }- e, J$ h7 w尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
) N1 o( @' |1 A切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
) }6 Z* Z6 W1 }孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
* Z" |' X7 O) Q. Q阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
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
3 ~3 r  y/ U7 G0 D* X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。
8 W4 `+ H" P. H# \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。

- q# j% B# l, m" X9 t" H图13 S50C MQL加工的切削耐久性
; ?* R8 ^  J& s1 e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
) w) i" ?2 k& y8 r  {: U8 ?尺寸
切削速度
5 q7 c  w* \5 r0 h1 n9 C! e切削量
1 J% I( V8 K5 e9 k  J孔深
切削油
; q% \  p' t; F2 FFC25O
Ø6
120
0.5
& ~# ^6 n, c" }# ^) K/ a/ l! @! b130
% T  ]9 s/ Q9 V, gMQL
SCM440
Ø6
80
* b' s  B+ k. [% ^. j7 _0.14
120
" r' z) e8 ^' wMQL
FCD700
! \- P, k1 g9 G* ^Ø5.6
60
' Z9 Q- E0 A6 z; m1 q0 .3
70
MQL
SCM420H
1 [  e  W7 b! ]# A; @( r. DØ5
80
4 M8 s5 B/ r9 h& G: k5 v$ Y' D0.4
2 y( i9 F9 C) `" F' f* L  |/ v100
水溶性
SCM415
Ø5
! S& _8 h/ ~/ L' S! I# K' T80
0.25
! t7 I$ N* h, p, b1 w' K150
水溶性
3 S' ^2 f, a* h# S% q2 uSNCM439
Ø5.05
3 b' h3 J- T/ W9 F" U) D: [. A90
0.2
75
9 c: h! x( q3 o) Y水溶性
6 z+ f3 ]7 U3 J* ~0 XSUS420J2
Ø6
4 B2 N1 S  ]; {# b5 F9 P/ b80
0.2
120
水溶性
7 {* X; P4 y9 `: ~15-5PH
Ø4
60
( F* Z! d% o( _# d0.12
4 F' T7 s& }( y5 P, l80
* ]/ D8 S1 o+ D5 e' O: a# F水溶性
SKD11生
Ø4
150
, W% f( L. g+ k& w. J: Y0.12
80
水溶性
$ a7 I1 P3 ~0 \, p' J$ [/ MSUS430
Ø5
80
: j3 g/ W7 B  I$ [' l( m$ C5 q0.15
150
油性
- a% X7 a$ y& }! h. n( i7 X: f  x图14 各种加工材质的加工条件
" |' @. P0 z$ |! O% j# E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。
文章关键词：