群钻的特征和使用性能

群钻的特征和使用性能普通麻花钻受其固有结构的限制，其几何形状存在着某些缺陷。

通过对其切削部分的修磨，可以得到一定改善。

“群钻”就是一种行之有效的修磨形式。

如果采用比普通高速钢性能更好的新型刀具材料，或变革麻花钻的结构，在此基础上再将钻头切削部分修磨成“群钻”钻型，则钻孔效果将进一步提高。

近年来，新刀具材料的研制技术和刀具的制造技术有了很大的发展，故使变革麻花钻的材料和结构成为可能。

此外，随着被钻孔材料和钻孔条件日益多样化，“群钻”的钻型也有了很多发展，形成了一个系列。

由于“群钻”的几何形状比较复杂，对其刃磨技术的进展也作相应报道。

1．新材料的“群钻”过去普通麻花钻一般用普通高速钢W6Mo5Cr4V2或W18Cr4V制造。

他们的硬度为62～64HRC磨成“群钻”后，切削性能的提高受到刀具材料的限制。

超硬高速钢的出现，使刀具切削性能出现了一个飞跃。

国外多用高钴超硬高速钢，美国的M42(110W1．5Mo9．5Cr4VCo8)和瑞典的HSP―15(W9Mo3Cr4V3Co10)是其中的佼佼者。

但它们的含钴量多，达8％～10％，价格昂贵。

国内多用少钴或无钴超硬高速钢，如501(W6Mo5Cr4V2AL)、(Co5Si(W12Mo3Cr4V3Co5Si)、V3N(W12Mo3Cr4V3N)等。

超硬高速钢的常温硬度达67～69HRC，比普通高速钢高出5HRC，高温硬度亦显著提高。

实践证明，用超硬高速钢制成麻花钻，再修磨成“群钻”形式，与普通高速钢“群钻”相比，钻孔效率可提高一倍以上。

目前，国内一些工具厂可根据用户需求，提供超硬高速钢麻花钻。

上述所有的高速钢都是用熔炼方法制造的。

有用粉末冶金工艺制造的高速钢，其性能优于熔炼高速钢。

如用粉末冶金高速钢制成麻花钻，再磨成“群钻”，其钻孔效率可成倍提高。

在高速钢钻头磨成“群钻”后，如在其工作部分表面上用PVD(物理气相沉积)法涂覆TiN薄层可使其切削性能大幅度提高。

但这样做，除增加了修磨工时外还将加上涂层费用，而重磨后将失去后刀面的涂层，因此涂层“群钻”难以推广。

硬质合金是一种更为先进的刀具材料，其硬度和耐磨性比高速钢高得多。

但是，硬质合金的韧性较差，钻头容易折断，它的可加工性也不太好，故过去很少用硬质合金制造麻花钻。

近年，随着化学成分和制造方法的改进，硬质合金的韧性有了改进，中小尺寸的整体硬质合金麻花钻已得到广泛应用。

在硬材料上钻孔，效果很好。

制造麻花钻，必须选用韧性和抗弯强度较高的硬质合金，例如钻钢材时可用YS25、YT798等，钻铸铁及淬硬钢时可用YS8、YSl0、YG813等，有时亦可采用YT5、YT14、YG6X、YG8等牌号。

作者曾用YG6X整体硬质合金麻花钻(直径10mm)在KmT-BCr20Mo2高铬冷硬铸铁(60HRC）上钻孔，在修磨成“群钻”形式前后进行切削对比。

“群钻”形式的使用寿命约提高了3倍以上。

由于硬质合金较脆，对切削部分应予以加强，“群钻”形状见图1钻高铬冷硬铸铁的整体硬质合金“群钻”图1，几何参数数值见表1。

切削用量：转速n=600r/min，每转进给量ƒ=0.13mm／r。

整体硬质合金2．“群钻”的几何形状早在1953年，北京永定机械厂青年钳工倪志福，用标准麻花钻在装甲钢钢板上钻孔，遇到了困难。

他凭经验，对标准麻花钻切削部分进行了修磨，即在两条直线主切削刃上各磨出了一个圆弧刃，形成了三个钻尖，中心钻尖比原钻尖降低。

修磨过的钻头好用，很快地完成了生产任务。

当时称这种钻型为“倪志福钻头”，即53型“群钻’’（60年代倪志福钻头被正式定名为“群钻”。

）(图2a)。

在1953年以后的十余年中，倪志福和研究小组在实践中逐步总结改进，对53型“群钻”进行过多次修改，几何参数逐步演变，形成了56型、58型、58A型、64型、67型(图2)。

67型是经过多次演进而后定型的“群钻”基本钻型。

图3为中等直径67基本型群钻的切削部分几何参数。

图中：l为外直线切削刃AB的长度，l2为AB刃上分屑槽的宽度，l1为AB刃上分屑槽距外缘点的距离，R为圆弧切削刃BC的圆弧半径，CD为内切削刃，近似为一条直线，h为尖高，即中心尖尖点，0c与侧刃尖尖点B在钻头轴线方向的距离，bΨ为横刃长度，C为AB刃上分屑槽的深度，2φ为外刃锋角，2φτ为内刃锋角，τ为内刃斜角，Ψ为横刃斜角，γτc、αc、αfc、αRc、ατc分别为有关切削刃上的前角、后角。

这些几何参数决定着钻头各部分的强度、锋利程度和分屑、断屑性能，从而影响了钻头工作时的磨损与耐用度。

可以用四句话来总结和概括67基本型“群钻”几何形状的特征：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃再开槽，横刃磨低窄又尖。

3．“群钻”的切削效果与修磨前的普通麻花钻相比，“群钻”有前角比较合理、钻削力降低、耐用度提高、钻孔质量改善等优点；而且，分屑、断屑、排屑性能亦较好。

(1)前角分布较为合理基本型“群钻”与普通麻花钻各段切削刃上前角的数值由下表可见。

除外刃(AB段)前角基本未变外，其余各段切削刃上前角均有所加大。

圆弧刃(BC段)上前角加大10ﾟ～14ﾟ，内刃(CD段)上加大15ﾟ～20ﾟ，横刃上约加大5ﾟ。

加大前角，可减小切屑变形，降低切削力及切削温度。

(2)钻削力和钻削扭矩得到降低切削试验表明，在碳素结构钢上钻孔时，“群钻”的轴向力比普通麻花钻约降低35％～47％，扭矩约减小10％～30％；在钻削灰铸铁时，“群钻”的轴向力约降低35％～50％，而扭矩仅加大2％～8％；在钻削有色金属时，“群钻”的轴向力和扭矩分别降低25％～40％和15％～19％。

钻削力和钻削扭矩降低后，有利于降低切削温度及提高钻孔质量。

(3)分屑、断屑、排屑得到改善由于外刃、圆弧刃和内刃交接处有明显的转折点，而且一侧外刃上还开出分屑槽，故能保证良好分屑。

切屑变窄后有利于断屑和排屑。

在这种情况下，如施加切削液，则切削液较易到达孔底与钻尖，能充分发挥冷却、润滑作用。

(4)钻头耐用度提高切削试验与现场验证表明，“群钻”切削部分的磨损比普通麻花钻明显减缓，耐用度显著提高。

一般“群钻”的耐用度可提高2～3倍。

(5)钻孔质量提高由于横刃磨窄，定心作用好；两个侧刃尖和圆弧刃对钻头均有稳定、定向作用；且轴向力显著减小，故“群钻”钻孔时不易走偏，提高了钻孔精度。

钻削过程平稳，切屑变形减小，也有利于提高钻孔表面质量。

由于“群钻”具有以上优点，40余年来驰名中外，得到了广泛的应用。

群钻的各种钻型（1）基本型群钻在钻通用结构钢材料时，获得了良好的切削性能。

但是加工材料日益多样化，各类材料的加工性千差万别，加工零件的结构形状、工艺条件也有着很大的变化。

工件材料变了，孔的要求变了，促使钻型也必须跟着变，要有灵活性。

要正确分析和估计客观情况，并采取有效的措施。

本章将着重分析和总结各种情况下的钻孔经验和初步规律。

第一节钻孔中产生的问题钻孔中遇到的问题很多，下面从加工材料和工艺条件两个方面列举些实例，说明用普通麻花钻钻孔时所暴露出来的问题。

一、加工材料不同所产生的问题(1)钻强度大、硬度高的钢材时(如各种高强度合金钢、淬火钢等)，负荷大，钻不动，勉强钻下去，钻头很快磨钝、烧坏。

(2)钻高锰钢及奥氏体不锈钢时，产生严重的加工硬化现象，越钻越硬，钻头磨损很快，产生毛刺很严重。

(3)在钻床上钻钢时(如低碳钢、不锈钢)，切屑长而不断，象两条长蛇一样盘旋而出，缠绕在主轴上，乱甩伤人，很不安全，而且切削液加不进去。

在自动机床上这一问题更为突出。

(4)钻铸铁时，切屑成碎末，像研磨剂一样，高速切削时常把钻头两外缘转角磨损掉。

(5)钻紫铜时孔形常不圆，钻软紫铜也不易断屑，有时钻头被咬在孔内。

(6)钻黄铜等材料经常产生“扎刀”现象，轻则把孔拉伤，重则使钻头扭断。

(7)钻铝合金孔壁不光，切屑不易排出，尤其在钻深孔时切屑常挤死在钻沟里。

(8)钻层压塑料(如夹布胶木、夹纸胶木、玻璃丝夹布胶木等)，时常发生孔入口处有毛刺、中间分层、表面变色出黄边、出口处脱皮现象。

(9)钻有机玻璃时，孔不光亮，发暗(乌)，本来是透明净亮的，钻完孔后，孔壁变成乳白色了，更严重时孔壁烧伤，和产生“银斑”状裂纹。

(10)钻橡皮时，孔收缩量很大，易成锥形、上大下小，孔壁毛糙。

二、工艺条件不同产生的问题(1)钻薄板孔，有时工件不便于压紧，人们多采用手扶，但当钻头刚要钻出工件时，手就扶不住工件了，发生抖动，很容易出工伤事故。

另外，孔易产生多角形、毛刺和变形。

(2)钻深孔时，切屑难排出，常常要在中途多次退出钻头才能钻完一孔，人们称之为“啄木鸟式”的钻削方式；钻直径大的孔(如在钢上钻直径大于35毫米的孔)，直接用普通麻花钻钻出就比较困难，负荷大，钻头和机床都承受不了，常发生“闷车”，此时要先钻出小孔，再用大钻头扩孔。

如果，硬要一次钻出，进给量必定选得很小，这样生产效率就很低。

(3)当工件上已有毛坯孔再扩孔时，由于加工余量不均匀，表面有硬皮，因此钻头常会歪斜，刃口也容易崩坏。

(4)在倾斜表面或曲面上钻孔时，钻头往往定不住中心，发生偏斜，常不得不先将工件表面锪平，然后才能钻孔。

(5)由于小量生产的需要，为了节省非标准尺寸的专用铰刀，希望用钻头钻出精孔。

这也是我们常遇到的难题。

(6)小量生产采用划线钻孔时，钻头不易找正，当孔窝划得浅时，孔偏不容易发现；划深时，看出孔偏再找正也就费劲了。

(7)用钻头进行扩孔，也容易产生“扎刀”；有时孔壁出现大螺旋沟，甚至用铰刀铰孔后也不能除掉。

(8)用钻头锪倒角，容易发生抖动，出现多角形，或产生严重的毛刺。

第二节工件材料的钻削加工性一、概述在钻头与工件的矛盾统一体中，一般来说，钻头是矛盾的主要方面，但也常常会发生转化。

因此研究钻孔过程，既要研究刀具一方，又要研究矛盾的另一方――工件材料。

在这里，着重需要研究的是工件材料的钻削加工性。

工件材料的钻削加工性(或称可钻削性)是指材料由毛坯通过钻削过程，得到所要求孔形难易程度的工艺特性。

显然，钻削加工性是一个综合性指标。

这是由于钻孔中的各种问题：生产效率、切削力、耐用度、加工质量等交织综合在一起，切屑变形与摩擦运动决定着钻削力和切削热；钻削热影响着钻削温度和冷硬层；而积屑瘤与钻削温度密切相关；积屑瘤、振动和切屑的挤刮则限制着表面光洁度的提高；孔要求越精越光，则又限制着钻头耐用度和生产效率的提高，……。

还应指出，由于各种材料在钻孔中的具体要求不同，其钻削加工性的指标也不同。

影响材料钻削加工性的因素很多，有物理一力学性能、化学成分、材料制造和热处理方法等。

化学成分和材料制造状态如金相组织是决定物理一力学性能的根据，然而直接起作用的却还是物理一力学性能，它包括强度(或硬度)、塑性(或韧性)、导热率和线膨胀系数以及弹性系数等，这些因素直接影响到钻孔效率的高低。