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。
8 x7 i2 {+ ]# H1 F9 I' M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：

图1 FTO-GDXL的外观
$ b- `) F* y( S) u
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
孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
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
. @: Z6 N4 v& r2 j! B图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
, ?" j1 y0 R/ R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
6 M9 _& A% _# o# U1 X; H, n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。
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。
" ?+ P, q# _0 V( z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。
4 ~- ?  B- b* u$ N* V: `4 j( u* Z图6表示的是进给量依次增加时的寿命。
6 ?! K( N9 x# X1 I6 b0 S
1 d6 Y7 I' I7 h, F图6 各种条件下的寿命
3 l$ U* ]4 d; i+ d
5 ?! R5 j# A- X" g' J6 T图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
1 C0 e6 X8 H4 d; v0 k孔数
$ t! Q6 A% w* a光洁度Ry[µm]
9 V  }( ~3 M  n# ~3 X孔入口
1 x; j/ `% Z0 b. @; Q孔中间
孔底
第1孔
; Q- W8 O7 `$ w7 v) r: D7 I4 ^5.00
3 R7 w+ \$ ~/ v( _3.50
3.84
第2孔
5.16
5.78
4.70
/ ]9 J! R$ S: j. U- c9 E第3孔
) n) x" }; U) a6 T$ O5.36
6.00
5.80
- ?# O. F% |' j5 }: _第8孔
4.24
7 X1 J  N( f' T# Y4.94
( Q9 M5 h9 i" K9 m5 q7 I# X' M1 l  T3.98
. D; I- W( ?. {" s: k; h) s2 V8 y- y第9孔
4 N9 H$ P) z0 s, E7 Y5.94
9 J9 X- d, Z  g7.04
5.18
5 [8 w9 p4 B- w0 J6 S  q第10孔
4 h: d$ M) a. W5.14
3.72
0 o  J' l1 R+ l6 {; y% H; o2 F5.40

图片是加工第10个孔时的断面图
( Z* r9 z: O, d0 ^! Z' M(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
6 Y  P0 P1 f0 d5 B% x" U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。
5 b, m) e: j; m* k& e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。
: u/ h% X: P7 ]: L, X' ~
5 @* z3 ]* s5 d" U4 G图9 加工过的孔的垂直度
) \: q9 D+ P1 H' r  E尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
. j+ ~# N: M) ?1 D. J孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
) u: U  O$ V5 ?机械：卧式M/C BT40
- j: ^, H% N% c8 N! I切削油：水溶性
6 G/ F/ v( U9 n5 I' ?空气压力：3MPa
$ b0 G/ K1 I1 S, k7 Y- Q导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
; E: z9 n) Y/ }+ W7 @6 J% a2 @☆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。
' y, a- l9 S3 }; D! t9 R' j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。
7 ~' k% C. Y2 n5 l2 R9 f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。
* j( W0 s/ [+ @% z  N. z* J7 h
) ?! a- _1 }' F. G图13 S50C MQL加工的切削耐久性
5 g3 ^6 }' w& O; O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。
/ K' ?$ M5 l- f5 U' a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。
( z0 q- a! _4 G; N" r, t切削材料
尺寸
1 [' W8 i5 @' K2 {$ S6 D切削速度
4 E9 d, F( D, a. U; {8 U/ g切削量
孔深
# }% c6 P6 p+ `4 S0 N6 O切削油
FC25O
Ø6
120
0.5
5 q1 b! U) ^- q* y130
8 Y8 p# @  R3 v7 l$ LMQL
SCM440
! b7 t* `1 x* X* ~Ø6
80
) r# X1 a& x3 }0 T: [) H1 M$ _, o0.14
& {  u) m- t2 u9 f120
& C. p' Z/ N; ~( @MQL
FCD700
Ø5.6
60
0 .3
& t) g3 u, E( i  N1 Z& [1 [& y70
MQL
SCM420H
/ L/ e4 ?- N2 O2 M" NØ5
80
0.4
* k: e3 R! Q3 y/ I1 B6 I100
水溶性
SCM415
6 Z( Q9 w: }* H' M9 G. y- GØ5
80
0.25
150
水溶性
0 u' P5 J' \) T  }9 ?  aSNCM439
- U+ P' g. m/ S1 e; ?Ø5.05
7 d9 O2 a0 U' F! }( r/ o% e: I/ H90
' V5 e, _; G7 Z6 H0.2
75
: i  U1 b0 g, A! Q: e4 b1 f水溶性
SUS420J2
- ]3 p3 J" i/ n5 `2 I6 h5 ~* sØ6
80
$ q' ?. R& r/ R0.2
. R- j, g0 B8 A6 V5 [120
水溶性
1 o: \. A! l4 f15-5PH
1 N! v9 ]* W' W" C3 D+ f6 lØ4
( ~4 _& z$ Q5 O6 H0 N9 ~* M% b60
" z: N* Q% Y; x4 \8 b0.12
5 j% J% _) M! ?& t8 L$ l6 ~80
水溶性
) \- W' I& s: o- ZSKD11生
Ø4
( g- B8 X3 j7 ?/ x; x: l150
; c! i: Z$ F4 m+ N2 M7 {: ^: L1 n0.12
, {: _+ g& E% `% w80
- {8 T  H4 i. d* I水溶性
; r/ X$ ~8 I1 m1 xSUS430
Ø5
, u! b0 t' T% G& p2 |; t" P80
$ I4 h0 a  d: G0 r( x0.15
150
- i* u5 }6 w- J5 H" b油性
图14 各种加工材质的加工条件
" ]! {8 r9 s$ S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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