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长城汽车股份有限公司技术文件

合金钻头的选用 技术分析报告

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长城汽车股份有限公司传动事业部
二〇一一年六月
合金钻头的选用
[摘 要] 人们一向认为钻削加工必需在较低的进给量和切削速度下进行，这种概念在使用通俗钻头的加工前提下曾经是切确的。现在，随着硬质合金钻头的出现，钻削加工的概念也发生了转变。选用合适的硬质合金钻头，可以大幅度提高钻削加工效率，降低每孔加工成本。 　[关键词] 钻削加工 硬质合金 孔加工 成本

整体硬质合金钻头适于先进的加工中心上。这种钻头采用细颗粒硬质合金材料制造，为延长使用寿命，还进行了TiAlN涂层，专门设计的几何刃型使钻头具有自定心功能，在钻削工件材料时具备精准的切屑节制及排屑机能。该钻头的自定心功能和严酷节制的制造精度可确保孔的钻削质量，钻削后不需再进行后续精加工。
一、硬质合金钻头的类型
（1）整体硬质合金钻头。这种钻头一般直径较小，因为硬质合金材料价格昂贵，而钻头的有效部分最多占整体刀具的二分之一，其它部分不能产生价值。为了减少浪费所以一般的整体合金钻头直径都比较小。我司的整体合金钻头最大直径为20mm。
（2）硬质合金可转位刀片钻头
安装硬质合金可转位刀片的钻头可加工孔径规模很广，加工深度规模为2D～5D（D为孔径），可应用于车床和其它扭转加工机床。这种钻头的可刃磨性差且加工精度较低所以这种钻头在我司极少应用。
（3）焊接式硬质合金钻头
焊接式硬质合金钻头是在钢制钻体上平稳焊接一个硬质合金齿冠制成。这种钻头采用自定心几何刃型，切削力小，对工件材料可实现精准的切屑节制，加工出的孔概况光洁度好，尺寸精度和定位精度都很高，不必再进行后续精加工。该钻头采用内冷却，可用于加工中心、CNC车床或其它高刚性、高转速机床。这种钻头价格比整体合金钻头较低可以大量采用。但是刃磨的时候需要注意：因为合金是焊接在钢制钻体上的，而刃磨合金和刃磨钢体的砂轮材质不同但是这两种材料是焊接在一起中间很难分清楚所以刃磨的时候一定要小心，注意刃磨量否则会损坏砂轮。
（4）可改换硬质合金齿冠钻头
可改换硬质合金齿冠钻头是近年开发的新一代钻削刀具。它由钢制钻体和可改换的整体硬质合金齿冠组合而成，与焊接式硬质合金钻头对比，其加工精度半斤八两，但因为齿冠可改换，是以可降低加工成本，提高钻削出产率。这种钻头可获得切确的孔径尺寸增量并具有自定心功能，是以孔径加工精度很高。可改换硬质合金齿冠钻头一般不能刃磨但是在考虑每孔加工成本时，还应将钻头的总寿命计较在内。一般来说，一支整体硬质合金钻头只能重磨7～10次，一支焊接式硬质合金钻头只能重磨3～4次，而可改换硬质合金齿冠钻头在加工钢料时，其钢制钻体至少可改换齿冠20～30次。但是这种钻头价格比较高如果考虑长远利益应该尽可能多的选用这种钻头。
二、硬质合金钻头选用的关键因素
（1）加工精度
选用硬质合金钻头时，首先需要考虑钻削加工的尺寸精度要求。一般来说，被加工孔径越小，其公差也越小。钻头制造商是按照被加工孔的名义直径尺寸对钻头进行分类。在上述四种类型的硬质合金钻头中，整体硬质合金钻头的加工精度最高（φ10mm整体硬质合金钻头的加工误差为0～0.03mm），是以它是加工高精度孔的最佳选择；焊接式硬质合金钻头或可改换硬质合金齿冠钻头的公差规模为0～0.07mm， 适合一般精度要求的孔加工；安装硬质合金可转位刀片的钻头适合重载粗加工，虽然加工成本凡是低于其它几种钻头，但其加工精度比较低，公差规模为0～0.3mm（取决于钻头的长径比），一般用于精度要求不高的孔加工，或者在加工孔的基础上换装镗刀片完成孔的精加工。
（2）加工稳定性
除了考虑钻孔精度要求外，选择钻头时还需考虑机床的稳定性。机床稳定性对于钻头的使用寿命和钻孔精度至关重要，加工前需对机床主轴、夹具及附件的工作状况进行确认。此外，还应考虑钻头自身的稳定性。例如，整体硬质合金钻头刚性最好，可达到很高的加工精度。而硬质合金可转位刀片钻头的结构稳定性较差，加工中易发生偏斜。这种钻头上安装了两片可转位刀片，其中内刀片用于加工孔的中心部门，外刀片则加工从内刀片至外径处的外缘部分。因为在加工初始阶段只有内刀片进入切削，钻头处于不不变状况，极易引起钻体偏斜，且钻头越长，偏斜量越大。所以，在使用长度跨越4D的硬质合金可转位刀片钻头进行钻削加工时，在最先钻进阶段时应适当减小进给量，进入不变切削阶段后再将进给率提高到正常水平。焊接式硬质合金钻头和可改换硬质合金齿冠钻头是由两条对称切削刃构成可自定心的几何刃型，这种具有高稳定性的切削刃设计使其在切入工件时不需要减小进给率，只有当钻头倾斜安装与工件概况成必然倾角切入时破例。此时建议在钻入、钻出时将进给率减小30％～50％。因为此类钻头的钢制钻体可发生微小变形，所以很是适合用于车床加工；而整体硬质合金钻头因为脆性较大，用于车床加工时较易折断，尤其当钻头定心状况欠安时更是如此。
（3）排屑与冷却液
排屑是钻削加工中不容轻忽的问题。事实上，钻削加工中碰着最多的问题就是排屑不畅（加工低碳钢工件时尤其如此），且无论使用何种钻头均无法回避这一问题。加工车间经常采用外部注入冷却液的方法辅助排屑，但这种方法只有在被加工孔深小于孔径以及减小切削参数的情形下才有用。此外，必需选用与钻头直径相匹配、合适的冷却液种类、流量和压力。对于没有安装主轴内冷却系统的机床，则应使用冷却液导管。被加工的孔越深，排屑就越困难，需要的冷却液压力也越大，如冷却液流量不足，则需要减小加工进给量。
（4）每孔加工成本
生产率和每孔加工成本是影响钻孔加工最重要的成分。为提高生产率，钻头制造商正致力于研究可集成多种操作工序的加工方法，并开发可实现高进给、高转速加工的钻削刀具。最新开发的可改换硬质合金齿冠钻头具有优异的加工经济性。钻头磨损后，用户不必改换整个钻体，只需改换硬质合金齿冠即可，其采办费用只相当于焊接式或整体硬质合金钻头重磨一次的费用。硬质合金齿冠改换精度极高，加工车间可用一支钻体配备多个齿冠，以加工分歧孔径尺寸的孔。这种模块化的钻削系统可削减直径12～20mm钻头的编目费用，同时还可节约对焊接式或整体硬质合金钻头进行重磨时需要的备份刀具费用。
合金钻头的选择对生产率以及钻削加工成本有很大的影响。根据实际加工情况正确的选择合金钻头是钻削加工中的重中之重。
参考文献:
　　[1]徐邦学:最新刀具设计制造与质量检验标准使用手册.:吉林音像出版社,2003
　　[2]邓建新 赵 军:数控刀具材料选用手册.北京:机械工业出版社, 2005
　　[3] 艾 兴 萧 虹:陶瓷刀具切削加工.北京:机械工业出版社,1988