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抛物线深孔钻

发布时间:

2020年09月14日

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）
长径比L/d	切削用量	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
10—15	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
16—20	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）
长径比L/d	切削用量	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
10-15	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)
深径比L/d	切削用量	10	15	20
10-15	进给量(f)毫米/转	0.3	0.4	0.5
10-15	转速(n)转/分	240	200	160
16-20	进给量(f)毫米/转	0.24	0.32	0.4
16-20	转速(n)转/分	240	160	150

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