孔加工方法的研究与探讨

教学法研究 ＪＩＡＯＸＵＥＦＡＹＡＮＪＩＵ

在零部件加工方面孔加工所占的比例依然很高有关高效率、高精度孔加工技术备受大家关注。近期由于孔加工技术和产品的快速发展使涂层硬质合金钻头、铰刀等孔加工刀具的使用量大幅度增加。涂层硬质合金钻头的切削刃形状已得到优化旨在提高其加工性能。例如在钻头的顶角、横刃的修磨、采用直柄（与立铣刀杆同一直径）等方面都进行了完善的考虑。采用铰刀进行孔的精加工、采用螺纹立铣刀进行螺纹孔的加工等方面同样朝着提高加工速度和精度的方向发展使刀具产品和加工方式呈现出多样化。

过去钻孔加工主要采用高速钢钻头钻削加工技术也一直没有太大变化。但是随着涂层硬质合金钻头的使用不断增加出现了钻削加工高速化、高精度化的趋势而且考虑到环保要求引入了干式切削、半干式切削等技术。孔加工的新发展主要表现为：①涂层硬质合金钻头能以超过６０ｍ／ｍｉｎ　的切削速度进行加工实现了平均只需几秒钟即可加工一个孔的高速钻孔；②开发了用于钻削高硬度钢的钻头使钻削加工６０ＨＲＣ　左右的高硬度钢成为现实；③干式、半干式钻削加工孔深达钻头直径约２０　倍的深孔已有加工应用；④钻头外侧切削刃的Ｒ　形设计可有效防止在孔的出、入口部位产生毛刺并可改善孔内壁表面粗糙度。钻头切削刃形状增加了平面形状的第３　个后刀面使横刃部分很薄减少了钻削时的轴向力。尽管减小切削刃部分所受切削力的目标一致但不同生产厂商的钻头切削刃形状各具特色呈现出多样化的趋势。另一方面对于像模具零部件这种钻孔加工较少的情况追求的是合理地进行孔加工除采用钻头等孔加工专用刀具外还采用了立铣刀按照螺旋线或环形走刀方式进行铣孔加工从而减少了加工不同规格孔时所需的刀具数量。关注度不断提高的微小孔切削加工技术在电子（包括数字家电、数码相机等相关领域）、医学等领域对于许多有望在世界范围得到

发展的产品要求在其微型结构上进行微小

孔加工时既要达到高精度又要实现高效率。

最近出现了能够对微小孔进行高速、高精

加工的小型高速加工中心使钻头微型化趋

势不断强化。另一方面微小孔加工技术已

涉及切削、放电、激光、电子束以及冲压

等领域因此需要选择最适当的加工方法。

在这些加工方法中能够很好地适应产品数

量、孔加工模式、加工精度等变化的加工

方法仍然是切削加工现在其使用范围也最

为广泛。

进行微小孔钻削时能够达到的最小

孔径是由所能制造的钻头直径决定的。据

数家公司介绍现在微型钻头的直径可达到

１０￣２０ｄｍｍ。钻削微小径孔时切削参数的

设定因钻头材质而有所不同。硬质合金及

涂层硬质合金钻头因基体材质的弹性模量

（杨氏模量）较高高速旋转时因离心力引起

的钻头刀刃前端振动很小因此可采用该刀

具材质标准切削速度的高转数进行钻削。

而烧结金刚石钻头则可按最高切削条件进

行钻削由于它具有优良的抗粘结性因此可

实现高精度、长寿命加工。在一件产品上

钻削数百个乃至数千个微小孔的情况也很

多此时需要考虑发生孔径扩大、弯曲和孔

距精度要求等因素。可防止钻头前端发生

振动。进行适量反向进给能够确保排出切

屑有效防止钻削故障。另一方面适用于微

小孔加工用的加工中心具有高速回转时振

动小、能实现高精度平稳定位的特点并具

有良好的动态特性。

近年来必须使用微钻加工的工件材料

从高硬度钢、不锈钢、铜合金、钛合金到

陶瓷涉及范围十分广泛设定的最佳切削条

件也随之变化。钻头切削时需要使用冷却

液。例如钻削不锈钢时需要向切削刃供给

润滑性能高的切削液；而像陶瓷一类的材料

会产生粉末状切屑只有使用水溶性切削液

才能有效排出碎屑。所以应针对不同的被

加工材质选用相应的切削液。为使微小直

径钻头以最佳切削速度进行钻削加工中心

主轴应具备高速旋转功能高速加工中心的

最高主轴转数约为每分３￣５　万转。控制微

钻的刀刃形状和柄部振摆对于提高孔加工

精度、延长刀具使用寿命行之有效因此高

精度的钻头刃磨必不可少即必须具备能实

现１　ｄｍｍ　进给量的进给机构、高振摆精度

的砂轮主轴的高精度工具磨床以及高水平

的刀具磨削技术和高精度检测系统。

用于高速、高精度钻削的钻夹工具系

统与称为钻夹头的三爪式夹头相比使用更

广泛的钻夹工具系统是具有高刚性、高摆

精度的弹簧夹头系统。插入式弹簧夹头

系统具有可夹持钻头直径范围广、夹持

刚性好、夹持精度高等优良性能。近年

来为了提高夹持速度和精度热装式夹持

系统日益受到关注它非常适合用于夹持

转速达数万转的微小直径钻头。孔的高

速、高精度精加工及螺孔切削使用最多

的孔的精加工刀具仍然是铰刀、镗刀等

但也可以使用立铣刀按螺旋线或环形走

刀方式进行精密铣孔加工。可采用涂层

硬质合金、ＣＢＮ　等材质制造具有可调切

削刃尺寸功能的镗孔刀具以提高切削速

度及刀具寿命。对于螺孔加工由于采用

了螺纹立铣刀和螺旋插补加工技术使高

速、高精度螺纹切削得以实现。用于Ｍ３　

左右小直径螺纹加工用立铣刀已经面市

对更小直径螺孔加工技术的研究也正在

进行。用于高速钻孔的加工中心高速、

高精度孔加工在要求钻头实现高速切削

的同时也要求缩短钻头移动的时间这对

于数百个以上的多孔加工是不可回避的

问题。以上简要介绍了近年来孔加工技

术的发展虽然仍然采用传统的切削加工

方法但在刀具、装夹系统、机床、使用

技术等加工体系的各个环节都已取得了

切实进展。

江苏建湖县高级技工学校

孔加工方法的研究与探讨

沈加楼

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