CNC數控:三尖七刃銳當先,史上最全鑽頭知識

三尖七刃銳當先、 月牙弧槽分兩邊, 側外刃再開槽, 橫刃磨低、窄又尖。

群鑽優於其它鑽頭的原因:標準麻花鑽60%的軸向阻力來自橫刃,因橫刃前角達-60°左右。

“群鑽”把麻花鑽橫刃磨去80%~90%,並形成兩條內刃,內刃前角由-60°加大為0°~-10°,從而使軸向阻力減少50%左右,進給感覺特別輕快。

群鑽再外直刃上刃磨出月牙槽,從而使分屑更細,排屑更流暢。鑽孔時產生的環 行筋,有利於鑽頭定心,保證鑽孔“光”和“圓”。其鑽矩降低30%左右,所以它可以用較大的進給量鑽孔。 外刃鋒角135°,內刃鋒角120°,鑽尖高0.06d,使它同時具備優良的鑽薄板性能。

由於切削阻力小,定心準、穩,所以特別適合在手電鑽上使用。 麻花鑽對於機械加工來說,它是一種常用的鑽孔工具。結構雖然簡單,但要把它真正刃磨好,也不是一件輕鬆的事。關鍵在於掌握好刃磨的方法和技巧,方法掌握了,問題就會迎刃而解。我這裡介紹一下對麻花鑽的手工刃磨技巧。 麻花鑽的頂角一般是118°,也可把它當作120°來看待。

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刃磨鑽頭主要掌握幾個技巧:

1、刃口要與砂輪面擺平。 磨鑽頭前,先要將鑽頭的主切削刃與砂輪面放置在一個水平面上,也就是說,保證刃口接觸砂輪面時,整個刃都要磨到。這是鑽頭與砂輪相對位置的第一步,位置擺好再慢慢往砂輪面上靠。

2、鑽頭軸線要與砂輪面斜出60°的角度。 這個角度就是鑽頭的鋒角,此時的角度不對,將直接影響鑽頭頂角的大小及主切削刃的形狀和橫刃斜角。這裡是指鑽頭軸心線與砂輪表面之間的位置關係,取60°就行,這個角度一般比較能看得準。這裡要注意鑽頭刃磨前相對的水平位置和角度位置,二者要統籌兼顧,不要為了擺平刃口而忽略了擺好度角,或為了擺好角度而忽略了擺平刃口。

3、由刃口往後磨後面。 刃口接觸砂輪後,要從主切削刃往後面磨,也就是從鑽頭的刃口先開始接觸砂輪,而後沿著整個後刀面緩慢往下磨。鑽頭切入時可輕輕接觸砂輪,先進行較少量的刃磨,並注意觀察火花的均勻性,及時調整手上壓力大小,還要注意鑽頭的冷卻,不能讓其磨過火,造成刃口變色,而至刃口退火。發現刃口溫度高時,要及時將鑽頭冷卻。

4、鑽頭的刃口要上下襬動,鑽頭尾部不能起翹。

這是一個標準的鑽頭磨削動作,主切削刃在砂輪上要上下襬動,也就是握鑽頭前部的手要均勻地將鑽頭在砂輪面上上下襬動。而握柄部的手卻不能擺動,還要防止後柄往上翹,即鑽頭的尾部不能高翹於砂輪水平中心線以上,否則會使刃口磨鈍,無法切削。這是最關鍵的一步,鑽頭磨得好與壞,與此有很大的關係。在磨得差不多時,要從刃口開始,往後角再輕輕蹭一下,讓刃後面更光潔一些。

5、保證刃尖對軸線,兩邊對稱慢慢修。

一邊刃口磨好後,再磨另一邊刃口,必須保證刃口在鑽頭軸線的中間,兩邊刃口要對稱。有經驗的師傅會對著亮光察看鑽尖的對稱性,慢慢進行修磨。鑽頭切削刃的后角一般為10°-14°,后角大了,切削刃太薄,鑽削時振動厲害,孔口呈三邊或五邊形,切屑呈針狀;后角小了,鑽削時軸向力很大,不易切入,切削力增加,溫升大,鑽頭髮熱嚴重,甚至無法鑽削。后角角度磨的適合,鋒尖對中,兩刃對稱,鑽削時,鑽頭排屑輕快,無振動,孔徑也不會擴大。

6、兩刃磨好後,對直徑大一些的鑽頭還要注意磨一下鑽頭鋒尖。

鑽頭兩刃磨好後,兩刃鋒尖處會有一個平面,影響鑽頭的中心定位,需要在刃後面倒一下角,把刃尖部的平面儘量磨小。方法是將鑽頭豎起,對準砂輪的角,在刃後面的根部,對著刃尖倒一個小槽。這也是鑽頭定中心和切削輕快的重要一點。注意在修磨刃尖倒角時,千萬不能磨到主切削刃上,這樣會使主切削刃的前角偏大,直接影響鑽孔。

鑽頭刃口修磨和強化對鑽削加工的改善 孔加工在金屬切削加工中佔有重要地位,一般約佔機械加工量的1/3。其中鑽孔約佔22%~25%,其餘孔加工約佔11%~13%。由於孔加工條件苛刻的緣故,孔加工刀具的技術發展要比車、銑類刀具遲緩一些。近年來,隨著中、小批量生產對生產效率、自動化程度以及加工中心性能要求的不斷提升,刀具磨鋒技術、多軸數控刀具刃磨設備的發展帶動了孔加工刀具的發展,其中最典型的就是在機械生產中已應用多年、使用最為廣泛的整體結構的鑽頭修磨技術逐漸成熟起來。通過對鑽頭刃口的修磨和強化改善鑽削加工條件,要從鑽頭的結構特點和實際使用情況中尋求解決方法。

鑽頭的特點

1.鑽頭的材質分為高速鋼和硬質合金,高速鋼主要採用高速鋼W系、Mo系材料;硬質合金採用鎢鈦類(YG)、鎢鈦鈷類(YT)材料。

2.麻花鑽的基本形狀和結構並沒有太大的改變

3.麻花鑽切削刃的幾何角度之間具有一定的特點和關聯性。

主偏角為Kr,刃傾角為λs,前角為λs,后角為αf,鋒角為2φ(傳統為118°)。 切削刃的幾何角度其中,鑽頭螺旋型結構具有如下特點:

(1)主偏角Kr在鋒角2φ確定後也隨之確定。

(2)由於鑽頭切削刃的刀尖(鑽頭直徑處)為切削刃的最低點,從結構可知鑽頭切削刃的刃傾角λs為負。

(3)在鑽頭螺旋槽形狀結構影響下,刃部前角λs由鑽頭外徑的韌帶處向鑽心方向逐漸變小。

(4)切削刃的前角主偏角λs,隨主偏角Kr的增大而隨之增大。

4.麻花鑽的橫刃也是切削刃的重要組成部分。

橫刃的前角γom、后角αf、斜角φ,也隨著鑽頭切削刃的不同有著一定的變化。

鑽頭在加工過程中的磨損情況

1.鑽頭的磨損主要發生在切削刃部分鑽頭在加工過程中的磨損

2.鑽頭在實際加工中受力的分析,其切削力主要集中在鑽頭的切削刃部分,其中切削刃受到的轉矩最大,橫刃部分軸向力較為集中

鑽頭加工中切削部分切削力的分佈切削刃的受力分析

3.鑽頭在加工過程中產生的切削熱的分佈情況。在加工中,鑽頭的鑽心處由於切削角度較小並且是始終保持切入加工件的最前沿,承受的軸向力佔到57%左右,切削過程產生的熱量不能及時排出,是整個鑽頭溫度最高的部分。圖5所示鑽心和鑽頭刃部紅色區域的溫度為最高,而鑽心橫刃處熱度最為集中。切削熱的分佈情況

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改善鑽削加工的途徑

1.改進鑽頭的切削刃

採用新型的刃磨法改進鑽尖、橫刃的幾何形狀。以往鑽頭的鑽尖刃磨採用普通刃磨法,先行磨出鋒角即2φ角後,再用砂輪圓周的90°成形稜邊靠手工方式修磨鑽心部分。受到傳統的刃磨方法的限制,鑽頭修磨後對稱性較差,精度較低,只有採用傳統的118°鋒角才可保證切削刃為直刃。

近年來,我公司引進了數控萬能工具磨床,該機床採用的是比較先進的五軸數控系統,可實現對鑽頭的切削刃部進行鏟磨,改動鑽頭的切削刃形式,仍可保證較高的刀具精度。於是,我們通過一些改進鑽頭鑽尖的幾何角度來嘗試提高鑽頭的使用壽命,提高鑽頭和改善鑽削加工條件。

根據鑽頭的結構特點我們先對麻花鑽的鋒角(2φ角)進行了改變,採用118°~140°的鋒角分別進行試驗。在生產現場對加工情況進行跟蹤和掌握,我們發現在加工鑄鐵時,採用加大鋒角的鑽頭有一定效果:鑽削加工時,加工變得輕快,聲音和振動明顯減小,孔的表面粗糙度得到提高。從切屑的形狀判斷加工過程平穩。但隨著鑽頭的鋒角加大,鑽頭的磨損情況加劇。多次嘗試後發現,在鋒角為130°左右時加工最為平穩,加工數量和質量明顯提高。

在改善加工中鑽頭橫刃部分軸向受力情況時,要克服橫刃處負前角等惡劣的切削條件。我們在橫刃處理時,採用大切除的形式鏟磨橫刃,縮短橫刃的寬度,使鑽心的橫刃與主切削刃接近十字交叉,減少鑽削中的軸向力和鑽削中的轉矩(見圖6)。經實踐中檢驗,鑽頭軸向受力情況改善後,定心精度大為提高。在殼體加工中心上採用此結構的鑽頭,可在一定條件下取消中心鑽,提高加工效率和縮短生產節拍。該鑽頭已在我公司生產中逐步試驗推廣採用。鑽頭橫刃的改進

與高速鋼鑽頭相比較,硬質合金鑽頭的加工條件更為苛刻。我公司在突緣上加工的螺釘孔工序中採用的硬質合金鑽頭,原加工數量和加工效率較低,我們也嘗試進行了一些改進:

根據硬質合金材料硬度高的優勢,採用大鋒角140°從而加大切削前角,改變鑽頭受力情況,減小了切削力,使加工更為順暢。依據所加工材料的特點對鑽頭的橫刃部分進行改進,採用R型刃口過渡,在R型刃口基礎上加大了橫刃前角,鑽心部分進行鑽孔前先行切入定位,實現了自定心,取消了中心鑽的工序,滿足了位置度要求,並在直徑處進行稜邊的削邊處理,形成保護刃,使鑽頭在鑽出時不易造成崩刃,極大地提高了鑽頭的壽命。

此種結構對小直徑的鑽頭改善尤為適用。現在我公司同步器車間加工二速同步器鎖銷孔直徑為φ7.5mm,公差範圍0~+0.016mm,每個零件上共加工6個孔,相對位置度要求0.05mm。

原加工方式為鑽定心、鑽孔和鉸孔成形,位置度較難以保證,並且加工節拍較長,效率較低。現由硬質合金鑽頭直接鑽削成形,能夠保證孔的加工精度和孔的位置精度,滿足了工藝產品的需要,極大地提高了加工效率。改進後的鑽頭切削刃領取UG編程資料加扣群610677581

2.強化鑽頭刃口(鈍化、塗層)

通過在修磨方面的嘗試和摸索,我們還發現一個重要的現象,就是無論是高速鋼還是硬質合金材料的鑽頭,修磨後切削部分的刃口總是存在一些細小的缺口, 約0.1mm。這些缺口最初並不引起大家的重視,但在實踐加工時往往就是這些缺口給鑽頭帶來了致命的傷害。這種情況在使用硬質合金材料鑽頭和在各類鑽頭鑽削加工鋼材料的時候尤為明顯。一般的修磨方法是採用金剛石銼刀將主刀刃與橫刃的交叉處倒圓,同時將主切削刃處倒稜角30°,刃口倒鈍寬度根據鑽頭直徑而定。

切削刃鈍化

經過實踐檢驗我們發現這種倒鈍方式不能完全實現鈍化的目的,倒鈍後的刃口受倒鈍時的手法限制,容易使兩個切削刃鈍化程度不一致而造成切削刃刃邊不平整,致使鑽頭兩個切削刃的對稱度降低,影響鑽頭的定心精度和使用壽命。

我們選用了含金剛石微粉的尼龍鈍化輪,利用高速旋轉,通過不同的角度對鑽頭的刃部進行刷式運動,靠柔性的接觸通過調整時間和空間的角度將刃口每一部分都加工到位。鈍化後在鑽頭的切削刃口形成圓滑過渡。刃口經過鈍化後刀刃強度顯著提高,切削時能經受較大的壓力,增強了刀具穩定性,有效地延長了鑽頭的壽命。

塗層處理也是提高鑽頭使用壽命的一個重要的方法。根據加工條件採用不同的塗層可提高鑽頭的表面硬度和氧化溫度,降低摩擦係數,大幅提高鑽頭的使用壽命。其中TiN塗層(塗層顏色為黃色)對高速鋼類鑽頭的使用性能有很大的提高,可有效地提高高速鋼鑽頭硬度,提高鑽頭的表面粗糙度並降低摩擦,改善鑽削條件。而TiCN (塗層顏色為灰黑色)和TiALN(塗層顏色紫褐色)這兩種塗層廣泛應用在硬質合金材料的鑽頭上。這幾種塗層材料的性能對比見表3。

刃口的強化(鈍化)和塗層的結合可大大提高鑽頭的使用效果。其中對鑽頭的刃口強化(鈍化)也是為塗層做準備,鈍化使塗層材料有足夠的結合表面。實踐表明,通過刃口強化的鑽頭比未經強化處理的鑽頭使用壽命提高40%~50%。 結語 鑽頭由於其尺寸必須限制在孔的尺寸以內,而且受到自身結構的限制所以技術改進難度較大。但隨著科學技術的進步,數控刃磨設備不斷髮展,麻花鑽的設計、製造水平較以往有了很大改進。鑽頭作為孔加工刀具中最基本、最廣泛的工具之一,在機械加工領域中得到了長足的發展和進步


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