材料科学]钻削与钻头

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1、第七章 钻削与钻头,第一节 麻花钻 一、麻花钻的结构 1麻花钻的组成 (1)装夹部分 装夹部分用于与机床的联 接并传递动力，包括钻柄与颈部。 (2)工作部分 工作部分用于导向、排屑 ，也是切削部分的后备。 刃带 螺旋刃沟 钻芯 (3)切削部分 钻头前端有切削刃的区域 两个前面 两个后面 两个副后面,前面 两条螺旋沟槽中以切削刃为母线形 成的螺旋面 后面 与工件加工表面相对的表面 圆锥 面螺旋 面平面 特殊曲面 副后面 刃带棱面 主切削刃位 前、后面汇交的区域 横刃 两主后面汇交的区域 副切削刃 两条刃沟与刃带棱面汇交的两 条螺旋线。,2麻花钻的结构参数 (1)直径d 直径d指切削部分测量的两刃

2、带 间距离 (2)直径倒锥 倒锥指远离切削部分的直径 逐渐做小，以减少刃带与孔壁的摩擦，相 当于副偏角。 (3)钻芯直径d0 是两刃沟底相切圆的直径。,(4)螺旋角 是钻头刃带 棱边螺旋线展开成直线与 钻头轴线的夹角。,(7-1),二、麻花钻的几何角度 1钻头角度的参考系 基面pr :主切削刃上任 意点的基面，即通过该 点，垂直于该点的切削 速度方向的平面。 切削平面ps : 主切削刃上 任意点的切削平面，是 包含该点的切削速度方向，而又切于该点加工 表面的平面。 正交平面po、假定工作平面pf和背平面pp,端平面pt：与钻头轴 线垂直的投影面。 中剖面pc：过钻头轴 线与两主切削刃平行 的平

3、面。 柱剖面pz：过切削刃选定点作与钻头轴线平行的 直线，该直线绕钻头轴线旋转形成的圆柱面。,2钻头的刃磨角度 普通麻花钻只需刃磨两个后面，控制三个角度。 (1)顶角2 顶角是两主切削刃在中剖面投影中的夹角。 (2)外缘后角(f) 主切削刃靠刃带转角处在柱剖面中表示的后角，可用工具显微镜投影的方法测量。 (3)横刃斜角() 端平面测量的中剖面与横刃的钝夹角。,刃磨钻头后面时，需控制钻头中心部位后角： 愈近钻头中心，后角磨得愈大。 目的： 一、是使横刃能获得较大的前角，增加横刃的锋 利程度。 二、是使切削刃各点工作后角相差较少,3横刃角度分析 横刃由两个主后刀面相交形 成，普通麻花钻横刃近似直线

4、。 从图中几何关系知：,由上式化简得,(72),横刃长度,(7-3),4主切削刃角度分析,麻花钻录像,第二节 钻削原理 一、钻削用量与切削层参数 钻削深度ap=d/2 每刃进刀量fz=f/2 钻削速度vc=dn1000 钻削厚度hDfsin/2 钻削宽度bDd2sin 每刃切削层公称横截面积AD=df/4 材料切除率Q=fd2n/4 250vcdf,二、钻削过程特点 1钻削变形特点与切屑形状 1)钻心处切削刃前角为负，特别是横刃区,切削时产生刮削挤压，切屑呈粒状并被压碎。钻心区域直径几乎为零，切削速度也接近为零，但仍有进给运动，使得钻心横刃区域工作后角为负，相当于用楔角为o的凿子劈入工件，称作

5、楔劈挤压。 2)主切削刃各点前角、刃倾角不同，使切屑变形、卷曲、流向也不同。断屑比较困难。 3)钻头刃带无后角，与孔壁摩擦。,2钻削力 钻削力是由于工件材料的变形， 钻头与切屑、工件孔间的摩擦而 产生的。 包括切向力(主切削力)、背向力 (径向力)和进给力(轴向力)。,进给力 (7-8) 扭矩 (7-9),切削消耗功率 式中Mc切削扭矩； vc切削速度； d 钻头直径。,(7-10),影响钻削力的主要因素有： 螺旋角： 螺旋角，则前角o，并改善了排屑情况，轴向力F与扭矩M都显著。但当螺旋角30。时，其影响减小。,顶角2： 顶角2，会使切削厚度hD，切削宽度，从而切向力Fz及切削扭矩M，轴向力F

6、,横刃斜角： 横刃斜角愈小，则横刃愈长，横刃处前角负值愈大，将使轴向力F。横刃长度对扭矩M影响很小，这是因为横刃所造成的扭矩M所占的比重很小的关系。 此外，合理选择切削液也能显著降低钻削力。 3钻削热与钻头磨损特点 1) 钻削热 不加切削液加工钢料时，传入工件的热量约占14.5，传入钻头的约占52.5，传入切屑的约占28，传入空气的仅占5左右 采用切削液，则切削热传出的百分比将有很大的变化,2) 钻头磨损 高速钢钻头磨损的主要原因是相变磨损 钻头磨损的形式主要是后面磨损,钻头磨损限度常取外缘转角处VB值为(0.81)倍刃带宽,钻小孔或深孔时，钻头的磨损常以钻削力不超过某一限度为标准。 影响钻头

7、耐用度的因素 钻头材料与热处理状态、钻头结构、刃型参 数、切削条件等。 三、钻削用量选择 1钻头直径 钻头直径应由工艺尺寸决定，尽可能一次钻出所要求的孔。 需扩孔者，钻孔直径取孔径的50一70,2进给量 普通钻头进给量可按以下经验公式估算： f = (0.010.02)d (7-11) 合理修磨的钻头可选用 f = 0.03d 3钻削速度,第三节 钻头的修磨 一、标准高速钢麻花钻存在问题 (1)沿主切削刃各点前角值差别悬殊(由+30-30)，横刃上的前角竟达-54-60，造成较大的轴向力和扭矩，使切削条件恶化。 (2)棱边近似为圆柱面(有稍许倒锥)的一部分，副后角为零度，摩擦严重。 (3)在主

8、、副切削刃相交处，切削速度最大，散热条件最差，因此磨损很快。 (4)两条主切削刃很长，切屑宽，各点切屑流出速度相差很大，切屑呈宽螺卷状，排屑不畅，切削液难于注入切削区； (5)横刃较长，其前、后角与主切削刃后角不能分别控制,二、修磨横刃 1十字形修磨 横刃磨出十字形， 长度不变，刃倾 角仍为零度 2内直刃形修磨 将钻尖磨出内直刃 其修磨参数为： b=(0.040.06)d， =2030，=0-15。,3.将整个横刃磨去 用砂轮把原来的横 刃全部磨去，以形成 新的切削刃 加大该处前角，轴向 力大大减小。钻头强 度被削弱，定心不好 4磨短横刃,三、修磨主切削刃 目的是改变刃形或顶角，以增大前角、控

9、制分屑断屑。或改变切削负荷分布，增大散热条件，提高钻头寿命。,内凹圆弧刃 加强钻头的定心作用，有助于分屑断屑 双重或多重顶角，或外凸圆弧刃 双重顶角的参数为：b= (0.18 0.22)d 21= 7090 圆弧刃钻头参数为：R = 0.6d l1 = l3 磨出分屑槽 分屑槽位置必须互相错开,四、修磨前面 1.将外缘处磨出倒棱面前面 减少前角，增大进给力， 以避免钻孔时的“扎刀” 现象。 2.沿切削刃磨出倒棱 增加刃口强度，适用于 较硬的材料,3.在前面上磨出卷屑槽 增大前角，这种形式只适用 于切削软材料,4.在前面上磨出大前角及正的刃倾角 控制切屑向孔底方向排出，适用于 精扩孔钻。,五、修

10、磨后面及刃带 1.修磨后面 目的是在不影响钻刃的强 度下，增大后角，以增大 钻槽容屑空间，改善冷却 效果。 2.修磨刃带 目的是减少刃带宽度，磨出副后角，以减少刃带与孔壁的摩擦。,麻花钻修磨,第四节 先进钻型与结构特点简介 一、群钻 优点： 1)横刃长度只有普通钻头的1/5，圆弧刃、内刃上前角平均增大15，使进给力下降3550，转矩下降1030 ； 2)钻头的寿命约可提高23倍； 3)钻头定心作用好，钻孔精度提高，形位误差与加工表面粗糙度均较小； 4)选用不同的钻型加工铜、铝、有机玻璃，或加工薄板、斜面、扩孔等多种工艺均可改善钻孔质量，取得满意的效果。,群钻有7条主切削刃，外 形上呈现三个尖。

11、 刃形特点是：三尖七刃 锐当先，月牙弧槽分两 边，一侧外刃开屑槽， 横刃磨低窄又尖。,群钻切削部分的特殊结构获得了下列效果： (1)横刃及其附近的主切削刃上各段前角都有不同程度的增大，圆弧刃(BC)平均增大 10；内刃(CD)平均增大25，横刃增大46，大大改善了切削条件。 (2)圆弧刃不仅能起到良好的分屑作用，由于它在工件上切出一个凸形环圈，切削时能够很好定心，钻头不易偏摆，增加了钻削过程的稳定性。 (3)横刃缩短，前角增大，显著减少了其不利影响，可大大提高进给量。为保证横刃处一定的强度，应尽可能降低钻尖高度h,适当增大内刃顶角。 (4)由于群钻的切削刃锋利，切屑变形小，加工钢件时，与标准麻

12、花钻相比，其轴向力可降低3550，扭矩可小1030，耐用度提高35倍，在保持同样耐用度情况下，生产率可显著提高。此外，加工精度与表面质量也有所改善。,圆弧刃，在钻削中起到了多方面的作用： 1)圆弧刃切出的过渡表面有呈凸起的圆环筋，它正好嵌在钻头圆弧刃中，可防止钻孔的偏斜，减少孔径的扩大，同时加强了定心导向作用； 2)圆弧刃与外直刃转折点处，切屑流向有较大的变化，形成了自然的分屑点。外刃切屑呈带状，圆弧刃切屑呈卷曲扇面形，容易自行折断； 3)圆弧刃改变了中段切削刃的主偏角与刃倾角，使该段正交平面前角增大，平均增大15左右； 4)圆弧刃使外刃与内刃参数得以分别控制。可磨大内刃顶角，横刃虽经修磨变窄

13、变尖，但钻尖强度仍不被削弱。,二、S型横刃钻 S型横刃钻是采用美国 WINSLOW专利刃磨 机磨出的螺旋尖钻头 钻头钻尖处顶角较小， 横刃前角较大，因此 自动定心性能好，钻 孔进给力小，,三、深孔麻花钻 一次加工出孔深与直径比达20 的深孔。 采用厚钻芯、抛物线齿形、45 大螺旋角 十字形横刃修磨 大顶角、开分屑槽或圆弧刃,四、手用通用型钻头 指用手电钻人力钻孔用钻头 广泛用于机械装配、建筑工 地、施工现场、修理作业,五、硬质合金钻 加工硬脆材料 有整体式和镶片式的 六、可转位浅孔钻,是指钻的孔深度 小于3倍孔径的硬 质合金可转位钻头,第五节 深孔钻 深孔指孔的深度与直径比L/D5的孔。 1、

14、深孔加工的特点 (1)由于孔的深度与直径的比例较大，钻杆细长，刚性差，工作时容易偏斜及产生振动，因此孔的精度及光洁度较难保证; (2)切屑多而排屑通道长，若不采取必要措施，随时可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏； (3)钻头在近似封闭的状态下工作，热量不易散出，钻头磨损严重。 2设计与使用深孔钻的基本要求 (1)排屑通畅 (2)充分冷却、润滑 (3)良好的导向,一、枪孔钻 1.工作原理 工作时工件旋转，钻头进给，切削液以高压(约3.49.8MPa)从钻杆和切削部分的进油孔送入切削区以冷却、润滑钻头，并把切屑经钻杆与切削部羚上的V形槽冲刷出来。,2结构特点 (1)主要由切削部分和钻杆两部分组成，二者

15、一般是焊接起来的。 (2)切削部分只有一个主切削刃，分为ab与ac两段，钻尖a相对轴线偏移叶一定距离 (3)钻头背部圆弧支承面，在切削过程中起导向定位作用,(4)120的V形槽中心 交点基本上位于钻头 轴线上，一般也可略 低 H值常取(0.0l0.015)d,二、错齿内排屑深孔钻(BTA深孔钻) 1工作原理 切削液在较高的压 力(约26MPa)下， 由工件孔壁与钻杆外 表面之间的空隙进入 切削区以冷却、润滑 钻头，并将切屑经钻 头前端的排屑孔冲入 钻杆内部，向后排出。,2结构特点 (1)直径较大时，切削部分是由几个硬质合金刀片交错地焊在刀体上。 (2)由于采取的是几个分离的刀片，这样可根据钻头沿径向各点的切削速度，采用不同的刀片材料(或牌号) (3)采取较大顶角(一般取2125140。)，以利断屑。 (4)采用导向条增大切削过程的稳定性。,三、喷吸钻 1工作原理 将压力切削液 经内、外钻 管之间输入，其中l/3切削液 从内管四周月牙形喷嘴喷入 内管。由于牙槽隙缝很窄， 切削液喷出时产生的喷射效 应，能使内管里形成负压区 。另2/3切削液经内管与外管 之间流入切削区，汇同切削 被负压吸人内管中，迅速向后排出,2结构特点 (1)喷吸钻的特殊处在于有内、外钻管，外钻管上的反压缝隙的大小直接影响到喷吸效果。 (2)内、外钻管之间的环形面积