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。
4 `/ @/ B0 t; L$ f# n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。
- e# T) w- L7 O$ c$ d: Y; ~: V- W6 P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
5 w: @. T3 a, i. X
图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
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
* m5 c7 {: ?5 ]7 A' s: o: [/ h孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
0 i1 G4 R: Z+ @( ~切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
6 f, }2 X0 E2 e% ]* _  e- a导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
$ S" e2 V! |( I( l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。
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。
3 p8 n" w3 B* E- M" m7 s, R' |2 @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。
* A3 E4 B6 }# @6 \& L& c2 ?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
1 D- ^$ w9 Z- t( ?+ G, C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。
# }, x0 [! N; w3 }, z图6表示的是进给量依次增加时的寿命。
9 ~8 f+ p/ K& X6 y
- ^, W( `( ?9 k( S" q. A. E图6 各种条件下的寿命

图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
# x: W1 g. f; D4 B9 y  M6 x2 S孔数
8 ~) {/ P; L8 T$ f+ R光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
孔底
第1孔
5.00
* q) P8 M- O: W4 [9 `9 Z3.50
3.84
第2孔
- h  B$ z6 F, _4 W) V5.16
5.78
4.70
' B# r) c' f7 x% S  G, ?2 @. @第3孔
5 C! }2 Q& H& Z/ O- K3 ]5.36
6.00
) O+ k4 r3 V2 G# Y5.80
  n8 ?$ h7 T' g) p8 g% Z第8孔
4.24
4.94
  f7 l  l! A% V& H! @; r& B3.98
第9孔
6 y8 L4 z. s1 Y$ Q5.94
7.04
5.18
! _; o) b4 W- H第10孔
- z& l- ~3 J3 U1 _4 b1 R5.14
! d5 N) \2 p) A2 J# n9 u! [3.72
! r/ M2 }  c& a, ]- e5.40
: @9 J4 [+ \, x& z# Q/ }# _: {
图片是加工第10个孔时的断面图
  a2 Z1 [: Q7 R* i. z6 a' W(V=90m/min、f=0.2mm/r)
+ i- e6 t" _* [# H1 A图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
" g9 c, _/ P9 Z# ?) S* |- L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。
4 _* ~4 R; f4 R) i8 G/ R% c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。
. N" t6 K6 y+ J& Q0 _9 c! F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。
) S$ C" _0 \# s' }# L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。

图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
9 h3 a( q6 [2 [1 K+ f孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
/ W. O' \: @, T. e" ^  N机械：卧式M/C BT40
切削油：水溶性
- n$ a) A( q4 {空气压力：3MPa
) N2 a9 e1 |0 L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。
0 q2 `$ D, p8 p! w' @9 ?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。
0 E7 A$ r& Y- |$ T/ T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。
& ~. `* R4 \" N
; e2 R" F4 B( P' C. @, l图13 S50C MQL加工的切削耐久性
* x3 t% E* I0 B  I) y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。
2 t) L4 S" R% l% s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。
- v3 ^  {! }- ]% R4 x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
- J% N+ F6 O/ J$ O尺寸
! H$ V. N' m( ^9 T切削速度
切削量
孔深
切削油
1 q8 a$ v$ t2 I6 T. J) h2 O" tFC25O
( L4 G) k% U$ n( N3 n2 ~Ø6
120
' |: N" @+ o0 s5 K) {- c. Z0.5
130
' ^, v2 x, ^0 T! J; q7 }MQL
SCM440
, s" I' O! U9 I+ j# vØ6
80
0.14
120
6 }5 o6 j3 G7 L! g& f$ \MQL
9 ?- J1 t- G$ n2 RFCD700
Ø5.6
60
0 .3
3 O1 r: k) Q$ T70
MQL
SCM420H
Ø5
80
0.4
100
水溶性
. v) u8 X$ @# }0 S3 \. F3 [SCM415
- ?& V  V6 x4 R/ p2 h. C* mØ5
$ R, ?; p7 Y* |# m5 o' {3 W# s4 y; H80
0.25
* Y' f- W% a3 F! @# f5 s9 S4 A150
水溶性
SNCM439
Ø5.05
" y7 F- v: a# O6 U/ ^90
3 B6 D/ E$ x. g8 i) H7 L; W  d6 c5 Y0.2
3 p3 U, Y' x, l* s: y& S$ w' ]75
1 {; n/ ^# H* u4 t% c* u水溶性
SUS420J2
9 Y, t: N; y8 a5 L2 HØ6
80
0.2
5 c- X: K8 V8 B6 D9 |120
水溶性
15-5PH
" z  W( L* s9 Q$ A7 s! L, f! `Ø4
60
0.12
80
0 `: Y  n: f8 u8 l# j  D" R水溶性
  i+ v: ]- e* y6 ?SKD11生
# H+ n2 z/ J& g: ^( ]$ uØ4
. j- F: ]* Q! s: O3 p150
0.12
% _- O2 p* U! h& h% ~  \80
* ^( S6 D: Z6 M. y/ v- @水溶性
6 W8 H0 k, W/ u# O, s0 @+ tSUS430
Ø5
, a: W5 {4 U; m2 ?9 v" @. r80
0.15
150
  {# B/ W. D8 x5 s油性
3 ]) P7 `6 E9 i# e) f2 V图14 各种加工材质的加工条件
( N+ ]9 g2 V0 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。
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