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[资料] 钻孔技术

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。/ K& N. y9 I# ~1 y6 b* ~" z
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。- ]8 T5 q7 D) i3 @
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:
8 K" |: Q1 n& z+ p7 k# B 20071116154421.gif
( }7 y. Q% Z- b2 d/ G; S8 v图1 FTO-GDXL的外观
" A1 y, A9 I8 } 20071116154451.gif
6 w, q- f/ S. B图2 FTO-GDXL的切削槽,横刃形状
4 n. h/ I) y2 F: u尺寸:Ø6mm,切削材料:高炭钢S50C
+ V$ Q, ~" i4 F* U5 p$ B8 S* l9 m切削速度:90m/min:进给速度:0.2~0.5mm/r) }) ~9 R( W2 w5 b
孔深:120mm盲孔(20×D)
) I9 n; n& m- W加工机械:卧式M/C BT50
9 x2 o/ V) u" _& q! d; o切削油:水溶性切削油; }4 {+ W) ~4 v/ [6 h0 i+ g1 e
空气压力:7MPa( c4 v; Q8 i  J
导孔尺寸:Ø6.1 前角140°,导孔深:6mm0 q. R- R, e; l8 {6 c$ p: Y
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件4 I  u: [  z0 I5 {9 t% I
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 Q2 I7 F: w: |, K
2007111615453.gif 6 c! |4 H' d- o7 }
图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图. N# Y% ?& }: ^6 Q4 {* ~" i
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。
1 i' A- |  u6 H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。+ G, V2 S/ V: R5 j
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。
% ~1 G. q, n! q& `, D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。4 V+ H4 u1 k0 K' L* \2 I* K
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。
2 k, r4 d$ g3 F6 \  s7 r  N5 ` 2007111616121.gif 8 \( A4 `: C+ F7 a9 l, i3 K
图5 FTO-GDXL的切削抗力图
/ R" O# G3 p- `) t! O& f- V  N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。
: \9 b. A/ k; ?' n, `, X: Q图6表示的是进给量依次增加时的寿命。* I- v+ ^6 j7 `! J5 `: H. l" T& ]
2007111616137.gif
9 K8 \% @8 K8 `) S$ Q2 c图6 各种条件下的寿命: N! }" w+ K8 P. y5 f" ^
2007111616154.gif
4 g; G; I# a! m, ?" p$ ]% Y: n, u图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
( G) s# n/ f: _) W4 X( N' E9 J孔数+ Y. R! [& F- P: S1 K" U
光洁度Ry[µm], Y: K* Q/ o' A$ e  l
孔入口
6 l3 Y. L' P' ~& t孔中间- e/ ^' Q' G9 g
孔底+ ]. y2 S2 ^; H. U1 u) D* Q- k9 o0 l2 F/ b
第1孔
3 g4 Y! w( T' k8 i  v, n8 s$ v& s5.00* T3 e" i( w+ D
3.50
' m. N/ B( }% {( l3.84* K/ ?- O5 a: t" g) f
第2孔' h5 T& h) o! O: P8 E
5.16
+ ^% T. P' b: ?1 |/ m1 I. q' J5.78
- \' G: x$ c. g. R6 ?9 d9 i' s; S4.70
$ [/ ~) y2 N( a0 P) h, I1 }第3孔& @; F% O( l' E1 C0 `9 |
5.36
4 ?5 `, S8 p) V: }+ I0 L6.002 l' s! ?+ o3 i6 C1 V. f. R& H% |
5.80
. m$ K7 k" }9 e$ k% R/ a* z/ I" X4 F第8孔1 {& y! L: R4 D
4.24
( v1 _0 y$ q" r7 B4 G7 j4.94
0 ]! T* L6 ~$ d7 j" z, ]* M3.986 k" e3 Y7 A4 Y
第9孔; f: ~2 i& L9 z% m( d: `% W
5.944 S1 B( q  r  i& V5 T; d9 _* S
7.046 @$ F" A' C9 H+ L# q3 D
5.184 N6 K3 Q0 X; X9 |( u5 {" H3 l# [  B
第10孔
, p8 ]% \: |: K2 E7 S2 [# V5.14" q* U, Z& k) F8 u; Y( N
3.723 y8 {( i* B8 Q; ]5 R( q
5.40" n+ Y; Z9 P% n# H
20071116161115.gif 5 m# a* N2 w6 C+ Y: b- I
图片是加工第10个孔时的断面图
" }) ?7 W: L" x# S2 g; O(V=90m/min、f=0.2mm/r)
% r; C5 U2 q5 @' k, [7 k% u4 A: {图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度* J) g2 y" M$ s% x8 `
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。6 t4 P, [. W& {! n7 }
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。
( ^8 g% ?/ O% t6 R3 n8 |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。
0 z# y# }  v1 O( ?& u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。+ W: K. Y; }& Z
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。
- g3 X. o. a' z  ^+ 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。
5 J+ _0 e$ o+ J" S. F 20071116161327.gif 3 M6 N4 {$ {6 q: n. a# b' Y
图9 加工过的孔的垂直度* T* Z5 Z/ k" s
尺寸:Ø5mm,切削材料:SCM415H
4 r8 Z& Q4 B- \: x" }切削速度:60m/min,进给速度:0.3mm/r4 y$ M4 ]6 f! d# `7 q3 n
孔深:150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
7 T2 \1 H; ]' w, v  l  }- m9 A! h阶段式加工:无+ B% s# }# F# a7 j" N/ Z7 _0 p
机械:卧式M/C BT40
0 D) ~' V, g. l% P& P3 W切削油:水溶性
6 g; V! J9 T1 [' K2 X0 F" ?# r5 l空气压力:3MPa
9 N; _+ w4 c1 I0 M+ B导孔尺寸:Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
9 A3 A" r# T% Z; K; r☆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。
6 ]6 n5 r" ?! y! R; J图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
; T) B: H, e3 c+ o  r' f( i( }9 B7 V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 M& d# K2 M8 }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。
: r" P, F* l8 j8 N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。# w% q% U. {6 G" x  \( [6 _( D0 g
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。7 [! O4 ^* p; a  V! [
2007111616148.gif
( f) y7 s6 g; ^1 W& \; `图13 S50C MQL加工的切削耐久性
( R0 ]! y) p, h( ^3 v) A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。* v! A- D  o. h. p; x
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。/ i" l1 \- E( ]* w1 ^' u, ?. G/ t( v
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。2 S& N6 a" F; l8 B
切削材料
( t( w; d. m+ v! a7 e' W0 z尺寸
/ j3 ~5 J) B4 R7 G9 t切削速度+ w" e1 X# d! N# k. s; K
切削量' e# b. J* X& F- `  S
孔深  D9 h( _) S' I
切削油! b) f2 O. O& q; o
FC25O
. y% p. r2 i7 }! s6 l' B7 {% UØ67 r- e; |* y2 s. G
1204 N0 R, C6 T2 h7 n' P6 W
0.5
4 q2 B% D0 |' A  h1301 f/ K8 V7 I+ g0 y
MQL6 j1 J1 }. f2 r: ]+ R
SCM4407 T  Z# g: @2 u: d3 F: J: X- n9 U
Ø67 M9 m! Z4 A; B) m$ N. K
80# t2 e' S2 Y1 Q
0.14
/ u4 {) Q* }% d2 k# r120) D7 ^5 M; ~/ E, W( a
MQL/ O' Z! v. |5 U. S* m" Y, C
FCD700
2 K2 h" E* S5 S- _Ø5.6( j0 [9 a& j3 W! N" p6 D% l( m
60
$ V7 l6 e0 X( Z3 {& c  f, V# }0 .35 b) X( V* g) @# `3 W2 s
70
9 G8 i5 c% o+ F' sMQL3 R2 Z' \* P$ k  V, b% [- e( L
SCM420H
% x3 N  ~/ e$ Y5 ?  ?Ø53 O# H0 l) y1 S6 ^5 w6 a6 M! b
80
3 ]' g; H6 c1 \0.4' w7 t/ y4 _& }
100
7 e* R* z1 A  e1 j水溶性
: X1 f( y2 ~  T  R2 [SCM415
  ?5 X6 v9 l7 z$ a) o; ?9 WØ5) z$ T' h: ~4 @) @
80! ~; `8 Q1 K) f+ W% `0 P+ k
0.258 }1 }1 _# O% j2 ^
150, ^: K; U8 b6 |6 a# N% V8 U2 a) ?
水溶性' h/ n, n/ n9 E# G8 h2 `2 Q! s
SNCM439- @- ~! J" {( v2 J# @
Ø5.05
( \. x6 z+ S9 v# p7 R& e3 j! \905 A4 a  Z  {% h3 t* b
0.24 I( e& m; U* }2 Y
75
$ p  ]7 x7 G  `: U9 F水溶性, P% w: E! {5 X- a8 E
SUS420J2
2 F; y/ Y% N! i6 }2 e8 HØ6  m% P; H- f  E4 ?
80" k# X% R* p- Q
0.29 C& x7 h: S5 K. v# v1 x2 M
120
0 Y6 ?3 A7 @2 X, w# m2 k水溶性
, I1 W3 o8 v7 a) z: D15-5PH; {- }& e! w. p( i2 e4 u
Ø4) d; B1 h! W/ ]; M: P6 h( L
605 X4 i- b) J* u  _, t
0.12* @( u5 r- v8 Z' M. F
80* S, f5 v- @7 [, F* I
水溶性7 q* g" _' F) S" a* J6 Q
SKD11生
5 c$ c" G% s1 g$ q, vØ41 C2 w# ]1 k+ t; S2 O: n2 L  e
150
7 w  Y, l% _1 z6 v; m3 E4 A8 k0.12: J2 [' A/ C1 C: z* z- `, X
80
  m. `0 |$ Z, T' Q水溶性
( P0 ?! S) }+ G* z' l1 ~SUS4304 u8 \, x( A& M' }$ }1 Q. I8 J0 c
Ø5* _' s+ ?' Z5 z& R6 o6 \, g  T" C7 R  S
80
, n& ?. T8 m" T0 q0 a% S0.15
4 N5 d6 s) s" K0 }1 s6 C150
- u  a! p, N" I6 ?% O# I油性
7 D; g: R" b- [: {) w. z图14 各种加工材质的加工条件
2 d8 R3 {! i: h& B! F0 E# k9 F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。) {3 N) t" h8 p+ z
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