钻头的排屑槽型为抛物线,专门用于连续钻削加工长径比达15:1、材料硬度不超过25~26HRC(包括低碳钢、各种铝合金、铜合金等)的深孔。例如,直径为12.7mm的抛物线型钻头可成功加工出孔深达190mm的孔。由于具有较大的排屑空间,普通抛物线型钻头可将切削刃处的切屑快速排出,同时可容许更多的切削液进入切削区,从而显著减小切削摩擦以及发生切屑焊死现象的可能性,此外还可减小加工时的功率消耗、扭矩载荷和切削冲击。抛物线型钻头的螺旋角为36°~38°,大于标准麻花钻的螺旋角(28°~30°)。螺旋角可表示钻头的“扭转”程度,螺旋角越大,钻头排屑速度越快。普通抛物线型钻头适合深孔加工的另一特点是钻芯较厚(钻头的钻芯是指钻头排屑槽成形后未被磨削的中心部分)。标准麻花钻的钻芯部分约占整个成品钻头的20%,而抛物线型钻头的钻芯则可占到整个钻头的约40%。在深孔钻削中,较厚的钻芯可增加钻头的刚性,提高钻削加工的稳定性。抛物线型钻头的钻尖处开有槽口,因此可采用较大的钻芯直径,此外还可防止钻孔开始阶段容易发生的钻头移位现象。
宽刃抛物线型钻头
为了适应难加工材料(冷作硬化材料)深孔钻削加工的需要,一些刀具制造商开发出了宽刃抛物线型钻头。这种钻头的许多特点与普通抛物线型钻头类似,如螺旋角较大(36°~38°),易于排屑;钻芯较厚,深孔加工时钻头刚性和稳定性较好等。它与普通抛物线型钻头的不同之处在于排屑槽和刃带形状。宽刃抛物线型钻头的刃带平滑过渡到排屑槽,从而使钻头切削刃具有较高的强度和刚性,同时切屑也可通过排屑槽顺利排出。
钻头表面涂层,可以增加它的耐用度。
钻削参数的优化
在深孔加工中,为了最大限度地发挥钻头的切削性能,必须根据特定的长径比优化调整钻削速度和进给量。当钻削加工的长径比为4:1时,应将切削速度降低20%,进给率减小10%;当长径比为5:1时,应将切削速度降低30%,进给率减小20%;当长径比达到6:1~8:1时,应将切削速度降低40%;此外,当长径比为5:1~8:1时,应将进给率减小20%。
深孔钻头与加长型钻头一般用于所钻孔深与钻头直径之比大于6的场合;但深孔钻头与加长钻头相比有着更好的槽型,我们称之为抛物线槽型,这种槽型是我们所特有的,抛物线槽型的设计有着更优良的排屑空间,深孔加工时就可获得更高的效率,一次加工完成,无需像加长钻头一样,钻孔时进进退退。可以减少钻孔时的退刀次数,提高进给量,更通畅的排屑,增强扭曲强度,延长钻头寿命,减少毛刺和提高加工工件的质量。抛物线槽型深孔钻有效的的做到了这些,可以快速,高效的对5至30倍径(l/d=5-30d)的深孔进行毫无问题的加工,加工时间降至以往的1/5--1/10。从制造材质上可分为高速钢(HSS)与钴高速钢(HSCo)。
抛物线深孔钻切削刃口为抛物线型,采用大螺旋角,刃瓣削除、容屑槽宽、钻尖角大、钻芯无增量、冷却效果好,排屑通畅,可一次进刀加工出直径与长度为1:20的深孔。
具有显著提高加工效率和加工精度的特点,适用于加工高强合金,奥氏体不锈钢、钛合金、耐热合金、轻合金、铝合金、铝、铜合金、铜、锌、铸铁、球墨铸铁及其它难加工的材料。
抛物线型钻头在欧,美各国已得到广泛应用。这种钻头广泛应用在我国汽车和发动机制造等行业的深孔加工上。
5至30倍径(l/d=5~30d)的深孔加工往往比较棘手。排屑不顺畅,钻头的耐用度降低,严重,切削堵塞,钻头折断是使用中碰到的主要问题,抛物线型钻头基本上克服了上述的缺陷。
一、抛物线型刃沟
钻削深孔,排屑困难是关键因素。只有排屑顺畅,不堵,不塞,切削液能比较顺利流入孔内,才能提高钻头耐用度和加工效率。因此改善排屑情况,是钻深孔的主要研究课题。我们将钻头刃沟作成抛物线成型槽形(见图1)。与麻花钻相比,充分增大螺旋槽空间减小排屑阻力,使切屑刃口排出,增加冷却液的流入量。降低切削摩擦和钻头磨损。降低切削扭矩和切削功率。
二、厚钻芯
加工曲轴等零件一般具有硬度高,强度大,切削力大的特点,用麻花钻来钻孔,都由于钻头强度低,刚性差,钻头磨损很快,有时甚至只能钻进一个窝。就会发出叫声,出现严重的烧损。
针对材料切削负荷大的特点。我们既注意到钻刃的锐利性。又注意到它的强固性,设计钻头为厚钻芯结构,K=(0.4~0.8)d(见图2),钻体强度比普通钻头提高50%左右。提高耐用度30%~40%,而且抗颤振性,能得到改善。
三、大螺旋角
钻头螺旋角相当于车刀的前角,此角越大,切削轻快,降低扭矩和轴向力。有利于排屑。但会削弱切削刃的强度,刚度和散热条件,然而,由于我们设计的钻头刃沟宽大,钻芯加厚,螺旋角加大的不利因素大大减少。针对曲轴油孔等深也加工,为改善排屑条件,我们一般把螺旋角选用为38~40度,图3显示了螺旋角和切削力之间的关系。
四、顶角加大
顶角φ小,切削刃口长度增加,切削厚度减少,切削宽度增大。使单位长度负荷降低。见图5。作用于钻头的轴向力减小,扭矩增加。见图4。
顶角φ大时,(见图6a)取钻头轴接近方向R1,顶角小时(见图b)。取接近半径方向R2。顶角大时,轴向抗力增加,顶角小时水平力H2增加。
针对曲轴油孔加工要求有利排屑,扭矩低等特点,我们选用顶角为128~133度,使加加工时切屑向上窜出,刃沟的摩擦阻力较小,排出较顺利。
五、横刃修磨
包括横刃在内的各刃口的轴向力和水平分力的分析可从图7得知,在横刃部分其切削力很大。因此将横刃宽度修窄,两分力会减少,钻头中心部(横刃)切削速度理论上为零越向外周去速度越增加。
由于我们采取了厚钻芯结构,横刃必须修磨。为满足曲轴油孔的深孔加工要求,我们采用十字横刃磨法,见图8,得出两个径向刃,不仅增大前角(rnc=1~5)为正前角,而且加大了容屑空间。使切屑排出更为顺畅,切削振动小,定心良好。横刃缩短到0.075d为最佳,见图9
六、抛物成型钻头的切削用量和使用情况
对于曲轴油孔等深孔加工,适宜采用较高的转速,利用甩屑的作用促使切屑排出,降低进给量,提高钻头的耐用度。在可能的情况下,保证充分的冷却,延长钻头的使用寿命。
切削实例1
被加工材料:40Cr
热处理状态:HB 270~300
切削速度:18m/min
进给量: 0.044mm/r
钻孔直径:7mm
孔深: 125mm
切削实例2
被加工材料:48Mn
热处理状态:HB 203~277
切削速度: 18m/min
进给量: 0.088mm/r
钻孔直径: 8mm
孔深: 84mm
材料 |
铝合金 |
碳钢 |
球墨铸铁 |
钻型 |
S轻型 |
S中型 |
S强力型 |
切削速度(m/min) |
43-47 |
16-30 |
15-20 |
进给量 |
(0.05-0.025)d |
(0.05-0.025)d |
(0.003-0.002)d |
钻铸铁孔切削用量表HB20—40
长径比L/d |
切削用量 |
直径(毫米) |
|||||||
5 |
8 |
10 |
12 |
16 |
20 |
25 |
30 |
||
10—15 |
进给量(f) |
0.2 |
0.24 |
0.24 |
0.3 |
0.32 |
0.32 |
0.5 |
0.5 |
转速(n) |
700 |
600 |
530 |
420 |
335 |
270 |
240 |
200 |
|
16—20 |
进给量(f) |
0.18 |
0.2 |
0.24 |
0.24 |
0.32 |
0.32 |
0.4 |
0.4 |
转速(n) |
600 |
530 |
420 |
335 |
270 |
240 |
200 |
175 |
钻球墨铸铁切削用量表QT45—0
长径比L/d |
切削用量 |
直径(毫米) |
|||||||
5 |
8 |
10 |
12 |
16 |
20 |
25 |
30 |
||
10-15 |
进给量(f) |
0.18 |
0.2 |
0.24 |
0.27 |
0.32 |
0.4 |
0.4 |
0.5 |
转速(n) |
700 |
600 |
530 |
420 |
300 |
270 |
240 |
175 |
|
16-20 |
进给量(f) |
0.15 |
0.17 |
0.2 |
0.24 |
0.7 |
0.32 |
0.4 |
0.4 |
|
转速(n) |
600 |
530 |
420 |
300 |
270 |
200 |
175 |
150 |
钻奥氏体不锈钢切削用量表
深径比L/d |
切削用量 |
直径d(毫米) |
||
10 |
15 |
20 |
||
10-15 |
进给量(f)毫米/转 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
转速(n)转/分 |
240 |
200 |
160 |
|
16-20 |
进给量(f)毫米/转 |
0.24 |
0.32 |
0.4 |
转速(n)转/分 |
240 |
160 |
150 |