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钢和铸铁高效加工用钻头

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2022年02月17日浏览:3588

能钻削大部分工件材料如碳钢(P),铸铁(K),不锈钢(M),非铁金属(N),耐热合金钢(S)等的钻头被称为通用钻头。可更高质、高效、经济地加工某类材料、某种零件特定要求的钻头称专用钻头。为了满足日益增长的高效益、高质量、经济环保等要求,通用和专用钻头都在原有麻花钻材料结构形状的基础上不断地改进发展。


为提高钻头的加工效率,延长使用寿命,许多公司都对钻头进行了新的结构设计并不断优化钻头的材料与涂层。为了弥补原有硬质合金韧性的不足和提高其综合机械性能,基体材料均从一般的硬质合金改为超微粒硬质合金,涂层由最早的TiN改为采用(Ai,Ti)N系复合氮化物。此外,先进科学技术,如CAE等技术的不断发展,精确模拟钻削时的应力、应变和温度分布场、切屑卷曲和切离等成为可能,再加上CAD/CAM技术、五轴联动加工和刃磨技术等的飞快进步,更合理的螺旋槽形、前后刀面和主副刀刃,内冷却通道等形状结构被设计和制造出来,如三菱公司对通用钻头的基本改进是:螺旋槽曲面重新设计使主刀刃由直线形变成凹形和凸形,贴近钻芯的凹刃使原来形成的负前角变成正前角,提高了该处的切削锋利性和切除切屑的性能。在近外圆侧的主刀刃则设计为凸形,适当减少正前角,提高了该处切削刃的强度,凹凸刃的结构还使宽的切屑分断易排出,切削力也得以减少。全新的螺旋槽形由大小两部分曲率组成,小曲率半径处使切屑卷曲,大曲率半径处使切屑易于排除。新槽形按CAE进行强度计算,与以往整体硬质合金钻头相比,其弯曲刚度和扭转刚度都提高了许多。对钻头顶角的锥面进行X型修磨,可大幅度减少轴向力。修磨出的三重后角还使定心更加方便,不需预钻导孔,直接可以钻入。三菱公司的通用钻头牌号为MWE/MWS型为外冷/内冷两种,在此基础上又进一步在刃型和冷却液孔型等方面改进发展形成了新的MVE/MVS型。


图1: MQS 型钻头结构特点

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图2:DP3020 涂层加工与性能


在专用材料钻孔方面,为适合特定的材料,三菱公司也进行了不同的改进。下面针对最常用的钢和铸铁材料专用的内冷钻头MQS型进行介绍。


MQS型钻头的结构特点:如图1所示,它的头部的波形刃结构更适合于加工一般的钢铁材料,刃部强度和切屑处理性能更好,冷却孔由圆形改为三角形,使冷却液加快流动,更多的带走热量。钻头的导棱由2对增加为3对,有助于抗振实现稳定加工。由图1也可知由于冷却液孔的改进和导棱的增加,钻头头部冷却液的分布流向流速更趋合理,切削热更易被控制带走,当断续状崩碎切屑造成高频振动时,钻头自身更稳定,有助于提高加工质量。


MQS型钻头涂层与材料的特点:如图2所示,它的涂层是DP3020,右侧是其SEM(扫描电子显微镜)图像。此涂层硬度由2800HV提高到3300HV,同时耐热磨损的指标抗氧化温度由840°提高到1100℃,摩擦系数又由0.58降低到0.44, 故耐磨性提高了许多。采用TRI-cooling技术用三角冷却液孔供冷却液,能配合3对导棱较均匀地导出冷却润滑液和切削热,实现稳定长期钻削。下面介绍一下MQS型钻头在加工寿命、加工质量方面和其他钻头的优势。

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图3:加工实例


磨损量和尺寸精度比较:经实际钻孔试验判定,MQS型在同样加工条件下和其他钻头相比,磨损少,尺寸变化较小,加工尺寸精度较高。如同样是Ф8加工50号钢,孔深25mm,在立式加工中心上以切削速度120m/min,每转进给量0.25mm,用MQL方式润滑冷却,加工60m后MQS的磨损量仅为0.1mm左右,为其他钻头的1/3-1/4。同样的条件下用水冷却液磨损少寿命也较其他钻头高1.5倍左右,且加工尺寸精度高。


在形状精度方面的比较:(1)圆度方面。孔的进口出口中间三处圆度的变化是不同的,一般MQS在以上同样切削条件下,切削速度在80-160m/min,每转进给在0.2-0.4范围内,可控制圆度变化均在2-5μm左右,一般钻头钻后圆度误差较大,是它的2-5倍左右;(2)孔的直线度。直线度也是孔形状精度的重要指标,在以上切削条件下,同样的切削速度和每转进给范围下,在孔不同深度的四处进行测定结果为:MQS直线偏移仅为3-10μm,即使在较高较大的速度和进给条件下也未超出此范围。其他钻头在较低速进给量时,直线精度尚可,但在较高速大进给时,直线精度迅速恶化,当然也有个别在更高速大进给时直线精度提高的情况。


孔的表面粗糙度比较:在以上切削条件和范围内,MQS型钻头钻后表面粗糙度约在5μm左右,其他钻头达到5μm以上甚至达到15μm以上。


适应切削条件和范围的比较:MWS型钻头和其他公司的优质通用钻头在钻钢和铸铁有一定的适用的切削速度和进给量范围,如在加冷却液的湿式加工时,切削速度约在70-120mm/min,每转进给量在0.2-0.35mm范围以内。而MQS型钻头则切削速度可达80-170mm/min,每转进给量可达0.22-0.4左右。加工实例请见图3。

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