浅谈标准麻花钻头的实践与运用.doc

《浅谈标准麻花钻头的实践与运用》

本文集四十余年的心得体会，谨献给日夜奋战在海程站线上的工友，同志们！愿你们工作如愿以偿，一帆风顺祝福你们与海程公司共创新辉煌！

您的战友：刘季源
2008年7月1日于合肥

各位工友、师傅、同志们！ 您们大家好！
今天，承蒙海程公司领导厚爱，给我们大家这么一个好的机会，让我们相聚一堂，切磋技艺。实属难得！但愿我们能从“认真”角度出发。圆满完成这堂课的使命，把我们手中技艺推向一个新台阶，确保海程产品在全国留下美名。
下面，就主题《浅谈标准麻花钻头的实践与运用》谈谈我的心得体会。当然，我是一个从事具体工作十年的工人，不外乎实践为主。希望大家给我一个空间，给予充分的理解。同时，我也欢迎同行的师傅们有新的见解，以求共勉之！
一、 重新认识已经标准化的麻花钻头，势在必行！
传统的麻花钻头已经标准化了，然而，任何事和物都要通过实践去衡量它的存在价值。也就是麻花钻头在我们每天机械作业中的利弊。说到麻花钻头，可以说最熟悉不过了，一旦我们需要它，它的形状，尺寸马上就呈现在我们的脑海里。诚然，熟悉麻花钻头形态，并不等于了解麻花钻头的内在。标准的麻花钻头是什么材料制成的？它的工作原理是什么？在机械运转切削中，根据被加工的钢材不同，需要什么几何角度？如何磨削麻花钻头的集合角度？它在工作中会产生那些影响等等。完全是一个从理论到实践的科学研究题。
我们不能简单认为，只要把钢板上孔打通了就是完成任务了，实际上钻过的孔，还留下一系列值得研究的问题。是合格品？还是超差品？得过且过，自己原谅自己。是废品吧！不可能！我以前也是这样钻的！结果又原谅了自己。久而久之，检验意识淡薄，这种产品我们认为是经不起推敲的。
目前，海程公司现有的生产设备。技术人员具体情况。我们期待着发展进去。但历史的教训仍然历历在目。我们不妨短期回顾一下07年下半年至08年上半年机加产品质量检测记录：发生在使用麻花钻头上的质量事故不容乐观。综述有下列几个方面：
1. 钻头磨销缺乏认识，两边主切削刃磨削量有误差，将钻头中心磨偏。横刃因不在中心，造成切削不等分，加工后的孔径偏大；
2. 钻头横刃过宽，后主刀面角过大。加工钻床锁紧装置松弛，运作时产生抖动。一摞钢板上孔大，下孔小，而且积累大面积翻边毛刺；
3. 钻头磨削缺乏耐心，一意孤行强调突出前切削刃，不注意后主刀面的平衡，支撑的作用，造成钻头中途“滑坡”，导致孔距尺寸变异，甚至加工成椭圆孔，孔端口不光滑；
4. 钻头未作目测，本身弯曲，图快速，强行使用，结果造成“喇叭孔”由于钻头弯曲运转，其孔壁光洁度也不尽人意；
5. 严重缺乏对麻花钻头的基本认识，野蛮操作。任意加大进刀量，并不顾一切提高转速，迫使钻头超负荷提前磨损，烧毁钻头工作部分，在切削迟钝的情况下，继续运转使用，最终孔变形，钻头弯曲，甚至因排屑不畅而断裂。
6. 对麻花钻头在机械设备上的使用，缺乏常识，钻头在砂轮上磨削凭个人想象，总以为钻头磨的越尖，越薄，也就是“快刀”越好，结果磨成“木工钻”，非不但不能切削，最后因导热，排屑不畅成了“短命鬼”。怎么办？继续磨，钻头越磨越短，孔没有打几个，当事人连声埋怨“钻头质量不好”。分析一下便知晓；
7. 攻丝底孔加工，钻头磨削角度颇大，横刃部分过宽，容易产生孔移位，对正确攻丝，保证尺寸影响较大，如果转速不加控制，内壁不光。很可能产生铁歇瘤，这样攻出丝来一没有精度，更没有光度；
8. 磨削钻头缺乏交流。大都依赖钻模板。至于磨削出高水平切削钻不去探讨，规范的钻头磨削客观上缺乏引导，主观上也不去钻研，这是我公司在机械钻孔中普遍通病，因此说，重新认识标准化钻头，势在必行。
二、 标准麻花钻头是什么材料制成的？它的具体名称是什么？
标准麻花钻头它属于高速工具钢类别；其钢号为W18Cr4v；它的布氏硬度（HBS）为207~255，淬火硬度为（HBC）≥62°。（摘自第4版《机械工人切削手册》）
它的具体名称（见图一）如下：
锥柄麻花钻头：切削部分；工作部分，颈部，柄部
直柄麻花钻头：切削部分；工作部分，柄部。
它们共同几何角度名称与切削名称如下：（见图二）
1基面；2切削平面；3主后刀面；4前刀面；5横刃；
6主切削刃；7棱边。
几何角度名称为：（希腊文）
1.前角（r）(嘎马)；2、后角（a）（啊耳发）3、螺旋角（ω）（欧米嘎）；4、锋角（2kø）；原始锋角（2ko=118°）
三、麻花钻头的工作原理是什么？
谈到麻花钻头工作原理，首先要了解它的钻削过程，钻削是从钻头和工件作相互接触运动开始的，由于这种运动连续进行，工件上多余的材料被一层层地“切”下来。在材料变成切屑过程中发生严重的切削变形，同时出现了一系列的矛盾。工件对钻头的“钻进”起着“反钻进”的作用，这个“钻进”和“反钻进”的对立，统一关系。就是钻削过程的基本理论基础。
麻花钻头分为主运动和辅助运动。主运动是一种回转运动，即切削时，将切削“切”切下来所必须的基本运动，在立式钻床上，这个运动是由钻头旋转来完成的，也就是说麻花钻头在旋转作用时即叫住运动。
辅助运动是一种直线运动，使新的金属不断投入切削以便完成整个孔的加工。这个运动一般是由钻头向工件作直线进刀来体现的，钻削运动的快慢。直接由吃刀深度（t）；走刀量（s）；切削速度（u）三个切削量来决定。（见图三，图四）。
综上我们已经谈过了标准麻花钻头的基本构造和名称。下面我们继续谈一下一般的钻孔方法，以便 大家能从不同的矛盾中，找出标准麻花钻头运用的正确处理方法。
钻孔的一般注意事项：
钻孔中要注意正确使用，维护，保养好钻床；认真的做好工件和钻头的装夹，校正工作；并按钻孔的具体情况，采取相应的技术措施。
每班工作前，首先把钻床外表活动部位擦拭干净注入润滑油，并将操纵手柄移出正确位置；然后开慢车，经过几分钟运转，待确定。
机械传动和润滑正常后，再开始工作，如发现钻床有故障时，应会同有关人员加以检查与调整。
采取正确的工件安装方案，在钻床工作台面或垫铁与工件的安装基础面之间，需保持清洁，使它接触平稳；压紧螺钉的分布要对称，夹紧力要均匀牢靠。严禁用金属物体敲击工件，以防工件变形。
工件在装夹过程中，应仔细校正，保持钻孔中心线与钻床的工作台面垂直。当所钻孔的位置精度较高时，应在每个孔缘划参考线，以检查钻孔是否偏斜。对刀时应从不同方向，观察钻头横刃对正样眼的情况，钻孔前先或锪出一个浅窝，确定无误后，在正式钻孔。
通常，钻孔直径在ø20—ø35毫米时可一次钻出，如孔径大于此值，可分两次钻削，第一次钻头直径ø5—ø7毫米。
钻头在装夹前，应将其柄部和钻床主轴锥孔擦拭干净，钻头装好以后，可缓慢转动钻床主轴，检查钻头是否正直，如有摆动时，可调换不同方向装夹，将振摆调到最小值为止，直柄钻头的装夹长度不小于15—20毫米。
开始钻空时，钻头要慢慢接触工件，不能用钻头撞击工件，以免碰伤钻头尖部，在工件的加工表面上钻孔时，开始用手进刀，这样当碰到过硬度点时，钻头可以退让，避免打坏刃口。
在摇臂钻床上钻大孔时，立柱和立轴箱一定要锁紧以减少晃动和摇臂上抬量。否则钻头容易折断。
需要变换转速时，一定要先停车，以免打伤齿轮或其他部件。转换变速手柄时它切实放到规定的位置上，如发现手柄失灵或不能移出所需要位置时，应加以检查，不能强行扳动。
在钻削过程中，工件对钻头有很大的抵抗力，只有钻头横刃穿透工件后，工件的抵抗力迅速下降，这种现象叫“反进刀”，如果钻床未加锁紧，主轴和摇臂自身的重量压下来，使进刀量突然增加，导致扎刀，这时钻头很容易被扭断，特别是钻大孔时，最好改用手进刀。
下面在谈一下钻削过程中产生的问题：
钻削中，工件材料内部的分子聚合力受到破坏，使多余的材料变成切削排孔。在这一过程中，产生一系列的问题。（详见如下情况）
（一） 摩擦
在钻削过程中，充满了摩擦运动；一是当切屑从工件上被“切”下来时，材料内部组织发生变化，金属晶粒相互错动和变形，分子间产生了划移，形成内部摩擦；二是钻头后面和刃带与工件加工表面的摩擦，切屑从钻头的刃口向外排出时，与钻头的螺旋槽，孔壁的摩擦以及切屑本身相互之间产生的挤压和碰撞，这些都属于外摩擦，由于钻屑本身相互之间产生的挤压和碰撞，这些都属于外摩擦，由于钻削运动外于半封闭状态，因此这种摩擦更为严重。在钻削中，摩擦正是产生一切不利因素的主要根源。
（二） 切削力
什么叫切削力？实践证明内外摩擦力反映到钻头上，就是切削力。它包括轴向力和麻花钻头在切削运转中的扭矩，将消耗大量能量。影响切削力的主要因素有：刀具的锋利程度，切削量等。切削力增大以后，限制了大直径钻头和大切削用量的使用，阻碍了生产率的提高；同时对刀具和工件质量都有极坏的影响。
（三） 切削热
摩擦力和切削力的提高，有转化为切削热。消耗的能量越多，产生的热量也越多，加之钻孔处于半封闭状态，冷却润滑条件比较差，因此切削热不易降低，切削时间越长，热量也就越多，随着切削热的升高，将会引起工件变形，加剧刀具磨损。
（四） 切削瘤
切削时，靠近钻头刃口部的工件材料变形最大，内外摩擦也最严重。因此说，这一部位的切削热最高。切屑在排除时，便会有一部分金属在钻头刃口部前面停滞下来，形成楔块，这种楔块人们就叫作“切削瘤”。当切削温度继续高达一定数值时，切削瘤自身开始软化，并被切屑带走。由于切屑的情况在不断变化，切削瘤也随着时生时灭，变化次数极快。一般来说，切削瘤的产生有着利的一面，也有不利的一面。有利的一面是：刀具刃口由于切削瘤变形强化，硬度很高；又因为切削瘤突出刀尖，加大了实际工作的前角，故能代替切削。减少了钻头切削与工件的后面摩擦。不利的一面是：而切削瘤本身不是刀刃，故不能锋利，迫使摩擦力加大；而钻头外缘尖角上切削瘤，对孔壁的质量有影响。有时会引起孔径内部扩大。切削瘤在运转摩擦流失时，又会带走刀具上材料的分子造成切削刃的磨损。
2孔壁冷作硬化
钻削中由于钻头的主后面和副后面，对孔底面和孔壁进行摩擦和挤压，结果使工件的这部分表面金属颗粒，同样发生了扭歪和破碎，从而产生冷作硬化。产生冷作硬化后对下一道工序，绞孔，攻丝等都会增加一定困难，首先是难绞难攻丝等，可见孔壁产生裂纹和残留对产品应具备的疲劳程度是一个削弱。
上述几个问题，对钻头而言，都有直接关系。此外，若钻头的刃口过于锋利也会发生崩刃，卷刃的现象，但是主要的是磨损，当切削力加大，摩擦严重，切削程度增高时，由于热效应作用，切削刃与工件，切削之间产生了熔接的趋势。（高速钢与钢（工件）熔接温度约为550~600℃）。切削刃上的分子不断被切削带走，这样在钻头之前，后面及刃带上部产生了磨损，见图四所示：
一般钻头的切削刃后面磨损最严重，在钻孔要求不高的情况下，钻头后面的明显达到下列数值时，钻头应重新刃磨。
钻钢：（在用冷却液的情况下）⊿1~1.2毫米时；钻铸铁（在不用冷却液的情况下）⊿=0.5~1.2毫米时。
七．排屑困难
钻深孔时，排除切屑要经过一段较长的距离，在这段距离中，切屑因孔壁，钻头之间的发生摩擦和碰撞，不易顺利流出。虽然成螺旋形的带状切屑，可以靠切屑本身顶出来，但在到达孔外时，又会缠绕在钻头上，影响钻削的正常进行，而且也不安全，切屑过细时，则容易和钻头，孔壁粘附在一起，尽管能排出来，但孔中仍然充满了铁屑这两种情况都会加大，加剧钻头磨损。
八．振动原因很多：如工件表面不平整；钻头后角高于前切削刃；钻头磨的太锋利；前角太小；横刃底于切削刃；横刃过宽不定心；双刃不对称；麻花钻头本身弯曲等；从上面几种原因看来，振动会给钻床，工件质量带来极大危害性。如影响工件表面光洁度，造成尺寸误差；孔型误差；变成多菱形孔状，后果严重的导致钻头崩刀。只有采取行之有效的技术措施，方能克服。
钻削中采取的基本技术措施；
一、 正确选择钻头的切削角度
为合理选择钻头的切削角度，首先让我们分析一下 麻花钻头的几何形状，并找出存在问题，为此作为我们改进的依据和方法。
标准麻花钻头的几何角度：
钻头在切削中，角度（前角和后角极为重要）。这两个角度的位置是钻头的前面和后面在切削运动中与一些辅助基准面分别构成的，同时，这些辅助基准面与其他角度也有一定关系。因此在分析钻头的切削角度之前，有必要弄清楚这些辅助基准面的空间与投影：
1切削平面：主切削刃上A点的切削平面是沿主切削刃的切线和加工表面相切的面；在正视图中是与主切削刃的切线重合的一条线，在顶视图中是一个面；
2基面：主切削刃的A点的基面，是通过此点的钻心的平面，在正视图中是一个平面或斜面，在顶视图中是一条线（MA-MA）
3主截面：主切削刃上A点的主截面，垂直与主切削刃的切线在基面上的投影，在正视图上是一条线（NA-NA）移出来是一个截面。
麻花钻头各切削角度均见图5所示： 前角（r）；后角（a）；螺旋角（&）；锋角（原始锋角（2 k0）磨刃后锋角（2 k0）。原始锋角2 k0=118°；它是两个切削刃在它们平行的平面上投影的夹角。
改进后的麻花钻头：
1磨短横刃；2磨出副后角4°～8°，并保留刃带宽部；3加大主切削刃靠近钻心处的前角；4加大外缘处的尖角，磨出过渡刃，形成第二锋角，一般在80°～90°；这样有利于改善散热条件增加刀刃程度，最终延长钻头寿命。（其中也减少了孔壁残留面积，提高孔的加工光洁度）
　　一磨削钻头的质量要求：
１钻头的直线性要好，尤其对旧钻头，使用前要检查是否弯曲。
２钻头各切削刃要求　几何角度。锋利，整齐，对称，不能有崩刀，裂缝，碰伤，退火等缺陷。
３钻头柄部要光洁，如有旋转，拉伤，毛刺或锈蚀时，要用油石磨匀光。
４切削刃各角度要求对称，横刃要正钻心，两个切削刃的长度及主偏角大小要一致，外缘处尖角修磨相同；避免钻偏大孔。
５为不至于让切削瘤有可乘之机，尽可能用油石磨光各角度达粗糙度１.６以上，以减少类似缺陷。
二合理使用，选用切削用量：（仅示钻钢用量）
钻孔直径Ｄ毫米
１０-２０
２０-３０
３０-４０
４０-５０
转速（n）　（转/分）
７５０-　３５０
３５０-２５０
２５０-２００
２００-１２０
走刀量（s）
（毫米/转）
０.３-０.６
０.６-０.７５
０.７５-０.８５
０.８５-１

金属材料较软，或钻头较短时，切削速度可适当提高些。
按钻孔深度选择切削用量：
１钻深孔时，工作条件比较差，冷却和排屑都有一定困难，可选用切削用量小一些；
２当工件材料和钻孔直径与上表相同，而钻孔深度为　　３-８时转速和走刀量可下降１/５左右。
３钻ø５毫米以下孔时，不得用自动走刀；
４选择走刀量它大于工件本身硬化层厚度；
５根据工件本身质量要求和工艺艺术，选择不同的走刀量（如不锈钢，薄板，扩孔，攻丝，底孔等）
合理使用切削润滑剂，主要以“冷”为主，一般来说来，钻孔是属于粗加工工序，首先是冷却目的。当加工钢，铜，铝合金及粗加工材料时，可选用３-８％的乳化油水溶液。
在高强度材料上钻孔时，因刀具前面承受较大压力，要求润滑膜有足够强度，以减少摩擦和切削负荷，可在冷却的润滑液内增加硫，二硫化钼等成分，如硫化切削液（油）。
塑性，韧性较大材料钻孔可加动，矿物油以减少切削瘤的产生。
孔的精度，光洁度较高时，加选用主要起润滑作用的油类冷却润滑液。如菜油，猪油，茶油等，攻较高精度丝牙时，亦可使用上述油类润滑液。
磨削麻花钻头的基本操作法：
砂轮选用：　　选用Ａ４６-６０Ｋ．Ｌ。
磨削切削刃方法：
１确定磨削度数：（如１２０°，１００°，９０°，４５°等）
２确定磨削尖钻还是平钻，还是三尖钻等。
３确定该砂轮能磨削出理想中角度，否则重新修复砂轮平面和弧角。
４手端钻头平行切削刃，以砂轮上半径中心，自上而下先轻后重磨削，磨出前角，稍带后角。左手上下稳稳小摆动，切勿将钻头翘起来，超过中心。
５磨直径大钻头，心静气平，缓缓进刀，不要一口气吃个大胖子。否则达不到您理想的角度与光度。（还能烧毁钻头刃部）
６修磨横刃要心细如丝，保证两切削对称，钻头运动才能合情合理，才符合工件加工质量标准。最后请大家提出宝贵意见，共勉之。谢谢！

　　　　　　　　　　　　　　　　　２００８年七月十八日