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。
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：
" `2 W4 ]% `* a) x* E/ p
( ^  T* _& D' U3 K图1 FTO-GDXL的外观

图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
; n" [, f. W2 |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
' g: u0 b6 i& p& `9 Z! j1 i孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
6 G# O+ n( m% V  Z4 _  x) g: D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
+ W5 P2 ?2 J. X$ \$ R1 ]图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
" ^' L$ U& _. i# M% f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。

% O% E8 s/ F* ]: c! X: w图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
+ o6 m; Q1 ^6 H& X5 h* F0 Y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。
% z5 w" H0 I5 P* m! q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。
( e" g) `  R+ @# _& B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。
9 F: a$ l. r5 C  M" C) v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。

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。
3 X5 G, l6 u2 Z, j$ z% H' j% B图6表示的是进给量依次增加时的寿命。
; p; f& h/ D9 }+ l  K# d" N
1 K" }( ]) v7 c+ g; m" Q8 z# Q图6 各种条件下的寿命
; e- t# Z6 u! p# t6 A5 V2 q
) ^/ v7 p9 S% q4 M图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
7 [; c2 T1 ]( q( \孔数
光洁度Ry[µm]
  a! E; z7 T- F" O5 L6 Z, a4 M: ~8 F6 t孔入口
8 p  L& l8 H$ q/ `1 B5 f孔中间
) q6 u2 z; h3 L+ U2 W' I$ F7 v- g孔底
第1孔
5.00
3.50
7 y- c( r* S+ w' ]" v8 q$ o3.84
第2孔
5.16
0 l+ }2 ?2 F0 S& I* M5.78
2 X% k1 i( J2 [9 l. W8 L4.70
第3孔
5.36
% ?8 D) ~0 a1 W6.00
5.80
第8孔
( Q5 \  I6 a) G4.24
4.94
5 m& L  k5 ]5 `3 \) ?3.98
) g. u  E8 c; G) H* P% B4 y: j& Z第9孔
0 X0 }2 r! h% r5.94
7.04
- q8 q. A) t* t& q3 k. }5.18
第10孔
6 W" i! |& t4 {$ O$ U" O. M5.14
3.72
5.40
, T7 u, G9 x/ Y) E- q) z: z* q3 k
1 ]: N& g3 X" G* R6 n* U图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
6 q  B" q& G# z$ k% l4 t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。
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。
/ e! i0 D9 A! {  `4 D1 j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。
) E' R: ^! }( X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。
, F: \6 v3 S  r% @' ^+ x  e0 V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。
  c/ O" q1 x1 z) W% i; H
+ |* a" d5 o* D- f; P. C图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
" z/ ^; J  j% Z% k; S, d: [切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
8 a6 Y! O% F1 m3 ~0 @9 p. Q1 J孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
$ N. u! F1 u- o# y  b: c' G& n机械：卧式M/C BT40
; Q8 v' q6 P8 D, M) a  g# b/ Z切削油：水溶性
. _$ V+ k! B  J2 F" k# `0 K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
9 N* u, T5 G: _& L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。
1 ~5 Z& ]% h/ o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。
4 j- A7 }7 Z, c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
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 d9 t6 G" t) [  i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。
) c5 Y& k0 `0 p; P# F$ R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
1 Z# G# ?* }# D) c$ ]* p; G尺寸
切削速度
切削量
/ ?5 X1 }) H. @1 e孔深
切削油
FC25O
Ø6
120
0.5
. v% w- @5 ^- A. `) |! ]130
+ G$ m7 K# D# NMQL
  Z# h  B1 b) R8 K1 g4 ~( gSCM440
Ø6
80
6 v! K; W7 J8 l, Z1 E0.14
120
MQL
FCD700
Ø5.6
; M1 P3 f% c8 V) V- m$ {60
1 r  W# Q  Z. o% ~: D: v" Q" f0 .3
70
/ j6 Z* ?0 M/ {8 ]$ a+ BMQL
SCM420H
Ø5
80
; M7 g) Z/ q* h) F0.4
4 I8 G* A9 a- J5 z100
水溶性
SCM415
Ø5
2 W' c: l$ @7 W: r$ c80
: F9 ]. m/ q- R, ?) D0.25
. r# n: S! ]& K3 b9 _* C+ v! q150
水溶性
( r: U+ q2 i% A; s0 A& H' ISNCM439
Ø5.05
90
0.2
3 C" b$ [6 M7 `9 Y- v9 J75
( p. x- R, v; k+ z* a* n5 v# w水溶性
SUS420J2
Ø6
7 ]* @, U6 ~1 c& `, O3 v80
8 c- S6 L" o4 F0 F0.2
120
水溶性
$ h8 G* [9 m. W( O0 p' @15-5PH
Ø4
60
1 o7 k8 x! K' g) X$ G3 ~  W0 W0.12
80
水溶性
3 ?8 a) M* Q5 z8 G) ?) l" |; gSKD11生
' r1 @9 _: x1 X- S9 mØ4
6 e3 }: A. R- F0 r. h150
0.12
5 T* `6 B: S$ ?$ d80
水溶性
SUS430
" G# q* a+ k+ g. t* W, yØ5
+ q, x3 W( c. C* p  V9 e7 K  m80
0.15
150
6 W, v1 M  p/ }% v; r% f. _油性
图14 各种加工材质的加工条件
# i5 v! S0 @5 |: L9 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。
文章关键词：