具有4条刃带的麻花钻在加工钢和铸铁材料时性能优异,因为其容错性非常好,并能以超过单槽钻头约一倍的高进给率进行钻削加工。这种钻头也是钻削加工深度可达30倍孔径的深孔的首选刀具,其钻削速度约为常规枪钻的5倍。
对于铝合金材料的加工,采用直槽钻头可获得最佳的钻孔精度,并能以相对简易的方式加工出复杂的阶梯孔型。直槽钻头的缺点是对刀具夹持精度要求极高,此类钻头对径向跳动、过高的切削速度和进给率或较低的冷却液压力缺乏容错能力。
在钻削加工(尤其是深孔钻削)中存在一个非常严重的问题,就是如果钻头在开始阶段偏离了孔的中心线(跑偏),那么在后面的加工中就几乎无法纠偏,刃带将引导钻头沿偏心位置下钻直至孔底。但由于钻头具有螺旋角,因此钻出的孔也将呈螺旋形。为了避免出现这种问题,最重要的是必须有一个具有良好自定心能力的正确钻尖。此外,改善钻头的导向性也有助于防止跑偏。2条刃带的钻头在钻削开始阶段只能获得25%的支撑,因此即使受到很小的力,也容易偏离中心向大多数方向移动。而4条刃带的钻头可以在所有方向上获得支撑,因此能加工出具有更好圆度和圆柱度的孔。4刃带钻头在非均匀钻削或通孔钻削中也能提供更佳的支撑性能,而此类钻削作业在诸如液压零件的加工中是十分常见的。
在如今的钻孔加工中,排屑必须受到完全控制,而不是像过去那样,只要操作者感到钻削力加大,就可以随时采用提钻啄击的方式。一个至关重要的问题是,从切屑在钻尖处形成开始,就必须以一种可使切屑与排屑槽易于匹配的方式来实现成屑和断屑,并将切屑以较小的摩擦力顺畅排出孔外。
钻削加工的运动学原理实际上有助于切屑的控制,由于钻尖中心处的切削速度为零,因此切屑或多或少会在横刃的周围流动,并将在排屑槽内完全成形,只要排屑槽具有正确的几何形状,就很容易生成尺寸大小如一的切屑。此外,排屑槽直至两端全部采用负的横刃锥度并将槽壁表面磨光,也有助于形成自由切屑流,实现在受控状态下进行钻削加工。
使用正确的钻头和合理的钻削工艺参数,可以提高生产效率,降低加工成本。但应如何看待刀具成本呢?首先,这些先进钻头几何形状与传统钻头几何形状相比制造难度更大,因此一般来说新型钻头的价格也比传统钻头更贵。但是,这种新型钻头可以重磨4~5次,虽然每一次重磨后刀具寿命会降低约10%,但仍然可能实现节省刀具费用50%以上。
不过,每次重磨后引起的钻头寿命降低也可能带来一些问题。为了保证加工安全,只有具有高安全系数的钻头才能用于加工,因此用户必须使用一套监测跟踪系统来及时更换重磨过的钻头。为解决这一问题,唯一的方法是采用“用过即弃”式产品,但使用一次性的整体硬质合金钻头通常很不经济。
一种新的模块式钻头设计能够有效避免上述问题。这种钻头采用了可换式硬质合金钻尖,其切削性能和刀具寿命与高效整体硬质合金钻头不相上下。钻尖与钢制钻柄之间没有采用螺纹连接或其它在小直径钻头上难以操作的连接方式。由于设计钻尖时不必考虑重磨需要,因此可对钻尖几何形状进行优化,钻尖的横刃区采用了正前角,以减小切削力和改善自定心能力。由于合金钢钻体与整体硬质合金钻头相比刚性有所下降,因此采用正前角对钻头刚性进行补偿至关重要。
与常规硬质合金钻头不同,模块式钻头的排屑槽并非从前至后都采用相同的螺旋角,而是在排屑槽前部采用右手螺旋线以加速切屑流动,在排屑槽后部则采用很小的负螺旋角,负螺旋角对于增加钻头的稳定性和减小振动特别有用,同样,它对于补偿钢制钻体的刚性降低也十分重要。
与整体硬质合金钻头相比,模块式钻头的另一个不同之处是冷却液的出口位于排屑槽内,直接对准切削刃的前刀面(整体硬质合金钻头冷却孔的出口则是在钻尖侧面),这种设计的重要性在于切削刃前刀面通常是加工温度最高的区域,非常需要在切屑与刀具材料之间提供有效冷却。这种冷却孔设计在优化冷却效果的同时,还可对切屑产生一种热冲击作用,有助于改善切屑控制。
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