浅论“群钻”的特点

天津市国家职业技能鉴定技师论文工种：钳工题目：浅论“群钻”的特点及几种常用“群钻”之钻形和加工特点姓名：范力飞单位：经纬机械股份有限公司身份证号：142401************【摘要】“群钻”是将标准麻花钻的切削部分修磨成特殊形状的钻头，是我国工人阶级和科技人员的重大创造。

“群钻”是中国人倪志福于1953年创造的，原名倪志福钻头，后经本人倡议改名为“群钻”，寓群众参与改进和完善之意。

标准麻花钻的切削部分由两条主切削刃和一条横刃构成，最主要的缺点是横刃和钻心处的负前角大，切削条件不利。

“群钻”是把标准麻花钻的切削部分磨出两条对称的月牙槽，形成圆弧刃，并在横刃和钻心处经修磨形成两条内直刃。

这样，加上横刃和原来的两条外直刃，就将标准麻花钻的“一尖三刃”磨成了“三尖七刃”。

修磨后钻尖高度降低，横刃长度缩短，圆弧刃、内直刃和横刃处的前角均比标准麻花钻相应处大。

因此，用“群钻”钻削钢件时，轴向力和扭榘分别比标准麻花钻降低30～50%和10～30%，切削时产生的热量显著减少。

标准麻花钻钻削钢件时形成较宽的螺旋形带状切屑，不利于排屑和冷却。

“群钻”由于有月牙槽，有利于断屑、排屑和切削液进入切削区，进一步减小了切削力和降低切削热。

由于以上原因，刀具寿命可比标准麻花钻提高2～3倍，生产率提高 2倍以上。

群钻的三个尖顶，可改善钻削时的定心性，提高钻孔精度。

关键字：孔加工群钻标准麻花钻倪志福几何形状钻型1.引言孔加工是机械制造中的重要加工工种，钻头则是用得最广泛的切削刀具之一。

19世纪中叶以前，钻孔多用扁钻。

1864年，英国摩斯麻花钻及机器公司(M orseT wist Drill＆M achineCo.)发明了麻花钻并进行商品生产。

此后，麻花钻得到了广泛的应用，在机械制造中发挥了重要作用。

在19世纪中，麻花钻用碳素工具钢和合金工具钢制造；进入20世纪后，制造麻花钻的材料多用高速钢。

2. 标准麻花钻的缺陷及其改善途径2.1 麻花钻的几何形状虽比扁钻合理，但尚存在着以下缺点：(1) 标准麻花钻主切削刃上各点处的前角数值内外相差太大。

钻头外缘处主切削刃的前角约为+30°；而接近钻心处，前角约为-30°，近钻心处前角过小，造成切屑变形大，切削阻力大；而近外缘处前角过大，在加工硬材料时，切削刃强度常嫌不足。

(2) 横刃嫌长，横刃的前角是很大的负值，达-5 4°～-6 0°，从而将产生很大的轴向力。

(3) 与其他类型的切削刀具相比，标准麻花钻的主切削刃很长，不利于分屑与断屑。

(4) 刃带处副切削刃的副后角为零值，造成副后刀面与孔壁间的摩擦加大，切削温度上升，钻头外缘转角处磨损较大，已加工表面粗糙度恶化。

以上缺陷常使麻花钻磨损快，严重影响着钻孔效率与已加工表面质量的提高。

2.2 麻花钻的改善措施：(1) 采用切削性能更好的新型刀具材料，例如超硬高速钢或硬质合金。

新型刀具材料的硬度与耐磨性高于普通高速钢，故可提高钻头的切削性能；但是它们的韧性和可加工性将降低，必须予以注意。

在普通高速钢麻花钻上用PVD方法进行表面涂层，亦可获得很好的切削效果。

(2) 改变标准麻花钻的结构，主要是改变钻头螺旋槽的槽形。

现用标准麻花钻的槽形基本上还是一百多年前的形式，麻花钻固有的缺陷多由这种传统结构所造成。

国内外有很多新的槽形结构，在一定条件下可以改善麻花钻的切削性能。

但结构的改进只能在刀具制造部门，故工作较难进行。

多年来，虽有人在这方面进行研究探讨，但工作进展不大。

(3) 在标准麻花钻的结构基础上，通过刃磨改变和改善麻花钻切削部分的几何参数，从而提高其切削性能。

这种方法简便易行，形式多种多样，常为生产单位操作人员所乐于采用。

“群钻”即是其中的一种刃磨形式。

3.“群钻”的几何形状“群钻”是将标准麻花钻的切削部分修磨成特殊形状的钻头。

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1a)。

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1)。

67型是经过多次演进而后定型的“群钻”基本钻型。

图2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。

4.“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。

4.1 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。

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。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 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。

4.5 钻孔质量提高“群钻”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。

“群钻”由于具有以上优点，50余年来驰名中外，得到了广泛的应用。

5.“群钻”钻型的发展基本型“群钻”主要用于钻削一般钢材。

针对各种工件材料的不同加工性和结构形状、技术要求迥异的零件，“群钻”的几何形状必须根据工件的具体情况，进行调整，即所谓“灵活应用”。

如钻铸铁“群钻”的特点是采用双重锋角，钻不锈钢“群钻”的特色是保证断屑、排屑，钻黄铜“群钻”的特色是防止“扎刀，钻薄板“群钻”的特点是增加稳定性和切割能力，钻橡胶“群钻”的特点是增加锋利性。

另外，还有钻削高锰钢、钛合金、纯铜、铝合金、胶木、玻璃钢的“群钻”和钻精孔、钻小孔、钻斜面孔、扩毛坯孔的“群钻”。

以下简单介绍几种常用“群钻”的钻形和加工特点：5.1 钻纯铜用“群钻”5.1.1问题的提出在纯铜上钻孔，常遇到的问题有：(1) 孔形不圆，成多角形，钻出的孔上部扩大。

(2) 孔不光，孔壁有撕痕，有时出现螺线挤痕，出口出现毛刺。

(3) 软的纯铜切屑不断，绕在钻头上，不安全；而且阻碍切削液流入孔中。

(4) 有些硬化的纯铜切屑又较碎，此时孔也不容易光洁。

(5) 钻头容易在孔中咬住。

5.1.2 钻纯铜“群钻”的特点和使用图3 钻纯铜群钻(1) 重要的是钻芯部分的形状要合适，以保证切削平稳，定心牢靠。

其办法是：适当减小内刃锋角，2Φτ≈110～120°；加大钻尖高，h≈0.06d；内刃前角的负值要大些，γτC≈－20～－25°；圆弧后角减小，αRC≈10～12°，并加大横刃斜角，ψ≈90°，以得到较小的内刃切深方向后角αp。

总而言之，钻芯部分尖一些，刃稍钝些，后角小一些，有利于定心、振动轻、不打抖，孔不出多角形。

(2) 对直径d超过25毫米的钻头，外刃可磨分屑槽，便于排屑，而且可以进一步降低切削负荷。

(3) 外刃锋角要适当，以利于排屑和改善光洁度，根据试验来看，2Φ＝118～122°较好。

但当钻孔较深，孔光洁度要求不高时，则应加大锋角，改善排屑。

(4) 钻软纯铜，为了使切屑一段段地断开并顺利排出，应选用较大的进给量（f）。

必要时可以在钻头的前面磨出负前角的断屑面，或采取其他断屑措施。

钻硬化的纯铜，为避免切屑太碎难以排出，外刃锋角（2Φ）应适当加大。

(5) 必要时，可将外缘刃尖磨出倒角或磨出圆弧刃，以及采用高转速(ｎ)和小进给量(f)，以提高孔壁光洁度。

例如，钻头直径d＝12.4毫米，可采用转速n＝1050～1700转/分，进给量f＝0.12～0.21毫米/转。

5.1.3钻纯铜“群钻”的特点口诀纯铜群钻钻心高，圆弧后角要减小，横刃斜角九十度，孔形光整无多角。

5.2 钻铝合金用“群钻”5.2.1 问题的提出在铝合金(主要是铸造铝合金)上钻孔，遇到的主要问题是：(1) 产生积屑瘤严重。

(2) 孔光洁度低。

(3) 孔较深时切屑难排出，轻则使孔壁划伤；重则切屑挤住刃沟，使钻头折断。

5.2.2 钻铝合金“群钻”的特点和使用图4 钻铝合金群钻(1) 钻铝合金群钻的几何参数，与基本型群钻基本相近，只是将横刃修磨得更窄，bψ≈0.02d，以进一步降低切削负荷。

同时加大外刃锋角2Φ，以利于排屑。

(2) 为了减轻产生积屑瘤的情况，特别是避免积屑瘤在消失时的残痕粘附在前面上，应将钻头切削刃的前刀面(螺旋槽)和后刀面用油石鐾光到▽8以上；最好选用刃沟经过抛光的钻头。

(3) 采用较大的后角和修磨刃带，尖高h较低，钻芯稍为磨偏一些，以避免孔径收缩和减小摩擦，降低切削温度。

(4) 钻较深的孔时，排屑的顺利与否成为关键。

在对待容屑与排屑的关系问题上，应该排、容并举，以排为主。

具体的措施是：第一，要保证分屑良好，应适当减小内刃锋角，2Φτ≈90～110°，并减小圆弧半径，R≈0.08d，使圆弧刃加深，改善B 点的分屑作用。