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1、一、 钻头刃口修磨和强化对钻削加工的改善钻头在进行孔加工过程中会有不同程度的磨损，对钻头的材质和磨损情况进行分析，在改善钻削加工时，对钻头刃口进行修磨和强化，可有效改善钻头在加工过程中的磨损情况，提高钻头的性能和使用寿命。vip汽车设计网孔加工在金属切削加工中占有重要地位，一般约占机械加工量的1/3。其中钻孔约占22%25%，其余孔加工约占11%13%。由于孔加工条件苛刻的缘故，孔加工刀具的技术发展要比车、铣类刀具迟缓一些。近年来，随着中、小批量生产对生产效率、自动化程度以及加工中心性能要求的不断提升，刀具磨锋技术、多轴数控刀具刃磨设备的发展带动了孔加工刀具的发展，其中最典型的就是在机械生产中
2、已应用多年、使用最为广泛的整体结构的钻头修磨技术逐渐成熟起来。通过对钻头刃口的修磨和强化改善钻削加工条件，要从钻头的结构特点和实际使用情况中寻求解决方法。vip汽车设计网钻头的特点vip汽车设计网1钻头的材质分为高速钢和硬质合金，高速钢主要采用高速钢W系、Mo系材料；硬质合金采用钨钛类（YG）、钨钛钴类（YT）材料。比较有代表性的如表1中所列W18Gr4V、YG6和YT14。vip汽车设计网vip汽车设计网图1 钻头的基本结构2麻花钻的基本形状和结构并没有太大的改变（见图1）。vip汽车设计网3麻花钻切削刃的几何角度之间具有一定的特点和关联性。如图2所示，主偏角为Kr，刃倾角为s，前角为s，后
3、角为f，锋角为2（传统为118）。vip汽车设计网表1 高速钢和硬质合金材料的物理力学性能vip汽车设计网vip汽车设计网其中，钻头螺旋型结构具有如下特点：vip汽车设计网（1）主偏角Kr在锋角2确定后也随之确定。vip汽车设计网（2）由于钻头切削刃的刀尖（钻头直径处）为切削刃的最低点，从结构可知钻头切削刃的刃倾角s为负。vip汽车设计网（3）在钻头螺旋槽形状结构影响下，刃部前角s由钻头外径的韧带处向钻心方向逐渐变小。vip汽车设计网（4）切削刃的前角主偏角s，随主偏角Kr的增大而随之增大。vip汽车设计网图2 切削刃的几何角度4麻花钻的横刃也是切削刃的重要组成部分。如图2所示，横刃的前角om
4、、后角f、斜角，也随着钻头切削刃的不同有着一定的变化。vip汽车设计网钻头在加工过程中的磨损情况vip汽车设计网1钻头的磨损主要发生在切削刃部分（见图3）vip汽车设计网图3 钻头在加工过程中的磨损vip汽车设计网vip汽车设计网2钻头在实际加工中受力的分析，其切削力主要集中在钻头的切削刃部分，其中切削刃受到的转矩最大，横刃部分轴向力较为集中（见表2、图4）。3钻头在加工过程中产生的切削热的分布情况见图5。在加工中，钻头的钻心处由于切削角度较小并且是始终保持切入加工件的最前沿，承受的轴向力占到 57%左右，切削过程产生的热量不能及时排出，是整个钻头温度最高的部分。图5所示钻心和钻头刃部红色区域
5、的温度为最高，而钻心横刃处热度最为集中。vip汽车设计网表2 钻头加工中切削部分切削力的分布vip汽车设计网vip汽车设计网图4 切削刃的受力分析改善钻削加工的途径vip汽车设计网1改进钻头的切削刃vip汽车设计网采用新型的刃磨法改进钻尖、横刃的几何形状。以往钻头的钻尖刃磨采用普通刃磨法，先行磨出锋角即2角后，再用砂轮圆周的90成形棱边靠手工方式修磨钻心部分。受到传统的刃磨方法的限制，钻头修磨后对称性较差，精度较低，只有采用传统的118锋角才可保证切削刃为直刃。近年来，我公司引进了数控万能工具磨床，该机床采用的是比较先进的五轴数控系统，可实现对钻头的切削刃部进行铲磨，改动钻头的切削刃形式，仍可
6、保证较高的刀具精度。于是，我们通过一些改进钻头钻尖的几何角度来尝试提高钻头的使用寿命，提高钻头和改善钻削加工条件。vip汽车设计网根据钻头的结构特点我们先对麻花钻的锋角（2角）进行了改变，采用118140的锋角分别进行试验。在生产现场对加工情况进行跟踪和掌握，我们发现在加工铸铁时，采用加大锋角的钻头有一定效果：钻削加工时，加工变得轻快，声音和振动明显减小，孔的表面粗糙度得到提高。从切屑的形状判断加工过程平稳。但随着钻头的锋角加大，钻头的磨损情况加剧。多次尝试后发现，在锋角为130左右时加工最为平稳，加工数量和质量明显提高。vip汽车设计网图5 切削热的分布情况在改善加工中钻头横刃部分轴向受力情
7、况时，要克服横刃处负前角等恶劣的切削条件。我们在横刃处理时，采用大切除的形式铲磨横刃，缩短横刃的宽度，使钻心的横刃与主切削刃接近十字交叉，减少钻削中的轴向力和钻削中的转矩（见图6）。经实践中检验，钻头轴向受力情况改善后，定心精度大为提高。在壳体加工中心上采用此结构的钻头，可在一定条件下取消中心钻，提高加工效率和缩短生产节拍。该钻头已在我公司生产中逐步试验推广采用。vip汽车设计网与高速钢钻头相比较，硬质合金钻头的加工条件更为苛刻。我公司在突缘上加工的螺钉孔工序中采用的硬质合金钻头，原加工数量和加工效率较低，我们也尝试进行了一些改进：vip汽车设计网图6 钻头横刃的改进vip汽车设计网根据硬质合
8、金材料硬度高的优势，采用大锋角140从而加大切削前角，改变钻头受力情况，减小了切削力，使加工更为顺畅。依据所加工材料的特点对钻头的横刃部分进行改进，采用R型刃口过渡，在R型刃口基础上加大了横刃前角，钻心部分进行钻孔前先行切入定位，实现了自定心，取消了中心钻的工序，满足了位置度要求，并在直径处进行棱边的削边处理，形成保护刃，使钻头在钻出时不易造成崩刃，极大地提高了钻头的寿命。此种结构对小直径的钻头改善尤为适用。现在我公司同步器车间加工二速同步器锁销孔直径为7.5mm，公差范围0+0.016mm，每个零件上共加工6个孔，相对位置度要求0.05mm。vip汽车设计网图7 改进后的钻头切削刃vip汽车
9、设计网原加工方式为钻定心、钻孔和铰孔成形，位置度较难以保证，并且加工节拍较长，效率较低。现由硬质合金钻头直接钻削成形，能够保证孔的加工精度和孔的位置精度，满足了工艺产品的需要，极大地提高了加工效率。采用改进后的钻头切削刃如图7所示。vip汽车设计网2强化钻头刃口（钝化、涂层）vip汽车设计网通过在修磨方面的尝试和摸索，我们还发现一个重要的现象，就是无论是高速钢还是硬质合金材料的钻头，修磨后切削部分的刃口总是存在一些细小的缺口，约0.1mm。这些缺口最初并不引起大家的重视，但在实践加工时往往就是这些缺口给钻头带来了致命的伤害。这种情况在使用硬质合金材料钻头和在各类钻头钻削加工钢材料的时候尤为明显
10、。一般的修磨方法是采用金刚石锉刀将主刀刃与横刃的交叉处倒圆，同时将主切削刃处倒棱角30，刃口倒钝宽度根据钻头直径而定（见图8）。vip汽车设计网图8 切削刃钝化经过实践检验我们发现这种倒钝方式不能完全实现钝化的目的，倒钝后的刃口受倒钝时的手法限制，容易使两个切削刃钝化程度不一致而造成切削刃刃边不平整，致使钻头两个切削刃的对称度降低，影响钻头的定心精度和使用寿命。vip汽车设计网我们选用了含金刚石微粉的尼龙钝化轮，利用高速旋转，通过不同的角度对钻头的刃部进行刷式运动，靠柔性的接触通过调整时间和空间的角度将刃口每一部分都加工到位。钝化后在钻头的切削刃口形成圆滑过渡。刃口经过钝化后刀刃强度显著提高，
11、切削时能经受较大的压力，增强了刀具稳定性，有效地延长了钻头的寿命。vip汽车设计网涂层处理也是提高钻头使用寿命的一个重要的方法。根据加工条件采用不同的涂层可提高钻头的表面硬度和氧化温度，降低摩擦系数，大幅提高钻头的使用寿命。其中TiN涂层（涂层颜色为黄色）对高速钢类钻头的使用性能有很大的提高，可有效地提高高速钢钻头硬度，提高钻头的表面粗糙度并降低摩擦，改善钻削条件。而TiCN （涂层颜色为灰黑色）和TiALN（涂层颜色紫褐色）这两种涂层广泛应用在硬质合金材料的钻头上。这几种涂层材料的性能对比见表3。vip汽车设计网表3 几种典型涂层材料的性能对比刃口的强化（钝化）和涂层的结合可大大提高钻头的使
12、用效果。其中对钻头的刃口强化（钝化）也是为涂层做准备，钝化使涂层材料有足够的结合表面。实践表明，通过刃口强化的钻头比未经强化处理的钻头使用寿命提高40%50%。vip汽车设计网结语vip汽车设计网钻头由于其尺寸必须限制在孔的尺寸以内，而且受到自身结构的限制所以技术改进难度较大。但随着科学技术的进步，数控刃磨设备不断发展，麻花钻的设计、制造水平较以往有了很大改进。钻头作为孔加工刀具中最基本、最广泛的工具之一，在机械加工领域中得到了长足的发展和进步。第二篇：钻削不同材料时高速钢钻头的刃磨 使用高速钢钻头时，如果对切削刃部(顶角，横刃，前角，后角等)不作任何刃磨就使用，或者无目的、无要求的妄磨，这是
13、不合理的使用。要物尽其用，必须按被加工材料的不同性质，对钻头进行不同的刃磨，这样才能使钻头真正发挥应有的效能。钻头刃磨前必须了解钻头的结构和被加工材料的特性以及两者之间的矛盾，了解在钻孔中所产生的问题，这样才能有针对性地进行刃磨，解决问题。一、加工不同材料时所产生的问题和解决方法仅供参考1铸铁一硬度低(一般为175-250HB)，强度低，脆性大，塑性变形小，导热率较低，组织较松，切屑成粉碎状，钻头的磨损几乎全在后面上，外圆转角处磨损最大，阻碍了刀具寿命和生产效率的提高。对于以上问题可采取下列办法：a.钻头采用双重顶角外缘转角处易磨损，那么就干脆先磨去而形成双顶角(见图1)，这样可将钻头寿命提高
14、12倍。 b适当加大后角。外刃后角采用1316以减少摩擦，提高钻头寿命。c钻削时要加大进给量，并适当降低切削速度，而不宜采用高转速小进给量。d如果采用冷却液，切不可断续使用，同时流量要适当，否则，量少和断续将造成孔的局部硬化，而且粉末状切屑研磨刃口也会加快钻头磨损。2高强度钢一如工具钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢等。钻孔时，钻头切削刃磨损较快，寿命较短。对于以上问题，可采用下列办法：a选用高性能高速钢或硬质合金制作的钻头。b对硬而脆的钢材，可减小钻头外刃部的前角，以提高刃口强度；对硬而塑性好的钢材，就不必减小。c顶角选用118左右即可。d采用含磷的切削油作冷却液。3不锈钢一般为马氏体、铁素
15、体和奥氏体等三类不锈钢。马氏体不锈钢能抗大气腐蚀，机械性能好，经调质处理可改善切削性能，如果硬度高于30HRC，则钻头磨损较快。铁素体不锈钢的含铬量比马氏体不锈钢高，故热处理不能强化，其切削性能比马氏体不锈钢差。奥氏体不锈钢的机械强度与中碳钢相近，而其塑性、韧性较高，在切削时负荷很大，切削过程中加工硬化现象严重，导热差，切削热集中在钻头的刃口处，在切削过程中易产生积屑瘤，以及它组织中含有少量的碳化钛，致使钻头很快磨损。对以上问题，可采用下列办法：a适当选用较大的进给量和较低的切削速度，这样有利于切屑折断，可有效地提高钻头寿命。b顶角加大(2=135140)，可提高钻头寿命。c刃磨钻头顶角时，两个钻刃必须对称。d机床和装夹夹头的刚性要好。e冷却液要充分。4钛合金一具有高强度、比重小、耐腐蚀、耐低温和耐高温强度的特性。按其退火后的组织可分为相钛合金，相钛合金，+相钛合金。相钛合金(TA类)不能热处理强化，故室温性能不高，具有中等塑性，可切削性尚可。相钛合金通过淬火时效处理，可获得较高的室温性能。+相钛合金(TC类)加工时切屑与前面的接触长度较短，切削力作用在刃口附近，由于导热系数甚小，切削刃口温度较高，加速了钻头磨损，而且由于加工硬化现象较严重，弹性系数较小，因此钻孔的收缩量较大
