深孔加工及刀具设计与应用

(三)断屑槽形的设计
Dc/mm f（mm/r） 20-30 h±0.05 （mm） 0.3-0.4 Lh/mm 1.2-1.6 R/mm 槽形
30-40
40-50 750
0.150.3
1.2-1.8 0.3-0.5 0.2-0.3 0.4-0.5 1.4-2
0.8
断屑槽设计大体规律是： h—深度与f有关，一般取决于f（1.5~2倍左右） Lh—宽度一般取h的4倍左右 R—根底R取h的2倍，也就是R＞h，目的是使切屑便于卷曲排出
深孔加工 及其刀具设计与应用
主讲人：刘继安
深孔加工及其刀具设计与应用
一、什么是深孔 二、深孔加工的特点 三、深孔加工的类型 四、内排屑深孔钻 五、半精加工、精加工的浮动镗
一、什么是深孔
深孔是以钻孔深度与钻头直径之比来定义的。 早些年代一般以钻孔深度与钻头直径之比大于5倍为 深孔。近些年代又以孔深与孔径之比大于10倍时为深孔， 这是应为深孔加工应能满足以下条件： a.钻头加工必须要一钻到底中途不能退刀。 b.冷却液能顺利的流到钻头切削区中（内冷）。 c.应能使冷却液及切屑顺利排出（有一定的流量压力）。 在加工中应能满足上述条件才可称为深孔加工。
（2）直径大于φ 30以上各种不同结构形式内排屑深孔钻 1.内排屑深孔钻 a.焊接式（固定式）
b.固定机夹式
c.可调机夹式
d.机夹可调式botek
2.内排屑扩孔钻 a.内排屑扩孔钻固定式
油、切屑入口处
b.内排屑扩孔钻固定式：
生产效率高 孔的尺寸精度可达IT10 孔表面粗糙度Ra3.2
c. 高精度 孔的尺寸精度可达IT9 孔表面粗糙度Ra3.2~1.6
图2：高速钢钻头工作状态
图3：可转位套料钻
（二）按其运动形式可分为：
（1）工件旋转，刀具作进给运动（这类深孔钻机床约 占深孔钻机床中的90%以上） （2）工件不动，刀具旋转又作进给运动（这类机床适 合加工方箱类工件） （3）工件旋转，刀具也做相反方向旋转及进给运动 （4）工件做旋转与进给运动，这种形式几乎采用不多。
（3）合理导向
这里所指的导向是： 导向套：它是固定在机床上，作用是扶持刀具与机床主 轴的同心 导向孔：对小批量生产临时措施 导向对深孔加工刀具是及其重要，它主要作用：
a.可防止孔的偏斜 b.保证孔的精度 c.保证入口时刀具的稳定性 d.确保刀具寿命
图a：专用设备，批量生产
导套内孔尺寸D/mm 12.60-18.00 18.01-30.00
公差（G6) +0.006_+0.017 +0.007_+0.020
30.01-50.00
50.01-80.00 80.01-120.00 120.01-180.00
+0.009_+0.025
+0.010_+0.029 +0.012_+0.034 +0.014_+0.039
(八)钻头导套的设计与制造
钻头导套内孔尺寸设计及制造是否合理是决定钻孔质量的 主要因素 a.过大的间隙将会造成振刀减少钻头的寿命，严重时会 使钻头在一进口时立即崩缺和打坏 b.尺寸精度影响孔的表面质量和直线度 c.某些场合，旋转式钻套更为合理，减少磨损（但不易 实现），目前国内深孔钻镗床的导向装置均为固定的。 新的钻套内孔比钻头最大直径大0.005最好。当钻孔 直径要求严格时，钻套内孔大于钻头直径0.015~0.02时 就应更换钻套。其钻套内孔形状及尺寸要求见下表：
(六)材质的选用
a.一般钢材常选用：国际标准P类：P10-P20即YT15、 YT14等 b.不锈钢常选M类M15，即YW2A和K类YG813
C.钛合金常选K类
d.可转位刀片一般按样本YG8推荐材料选用
(七)内排屑深孔钻与钻杆外径及内孔之间的关系
深孔钻杆承受较大的切削力和压力，应选用强度较 好的含合金钢或结构钢，热处理后硬度为38~45HRC或 48~52HRC以提高强度与抗振性。在设计条件允许时应尽 量加大钻杆外径尺寸和减小内径尺寸，这时可提高钻尖 的强度与耐磨性，以适应高速、大进给钻削。 如钻头直径为D时，钻杆外径Ds=（0.9~0.95）D, 钻杆内径ds=（0.6~0.7）D; Ds/ds=1.4~1.9
d
(二)切削刀片的分布及参数确定
（1）内排屑孔深孔钻切削 刀片分配及几何参数 a=1/8 D b=3/32 D c=1/5 D f=1/6 D e=两刀片空间中心距
当D≤60mm时
（2）内排屑孔深孔钻切削刀 片分配及几何参数 a=1/17 D b=1/7.5 D c=1/5.3 D f=1/8 D e=1/5.8 D
由于孔深与孔径大比率，再加上对零件的精度要求， 因此在实际加工过程中需要支撑钻头。因而应使用深孔 钻削支撑板，而不仅仅是平衡切削力，还要沿着已钻削 的孔表面来对钻头进行导向。
深孔钻削应更适于外倾斜表面的起点和终点 。如果 需要倾斜的初始钻入并且钻套的结构应符合倾斜工件时， 可采取其他措施和使用喷吸钻。
b、工件旋转（主轴旋转） 目前国内深孔钻镗床都是这种结构
b.较好的直线度是由工 件旋转而得到。 对于非旋转钻头，孔 的直线度误差一般 表示为0.1~0.3mm/ 已钻削长度（m）。 这是最理想状态，现 在现场经常在每米 直线度0.5~1
c、钻头旋转、刀杆转 多数适合加工方箱类工件
c.刀具旋转将使得直线 度变差。对于旋转钻 头，钻削短孔时直线 度相对较好，由于钻 管的偏差原因，在钻 削长孔时其直线度将 相对下降，对旋转钻 头而言，孔的直线度 误差一般近似为 0.1~0.3mm/已钻削长 度（m）。
(四)导条的形状
本公司导向块尺寸： 8×35 10×40 12×50 14×45 R的选取： 一般均小与钻头R值，这时可 减少摩擦
钻头直径 ＞38-45 ＞45-60 ＞60-90 ＞99-227 导向块R 17.5 20 25 30
上述参数值来自特固克TaeguTec
(五)导条的位置
为使导条在孔中形成有力支撑和挤压应与刀片成一定 角度，一般可按下图设计。
180.01-250.00
250.01-315.00 315.00-400.00 400.01-500.00
+0.015_+0.044
+0.017_+0.049 +0.018_+0.054 +0.020_+0.060
例：钻头直径为60.85，其钻套D为60.85 （ +0.010_+0.029）
(九)钻头与主轴对中
图5：单管钻 BTA a.单管钻-BTA，是高生产率钻孔，钻孔首选，钻削系统原理是外冷 内排屑，切削液是通过输油器供进，在通过钻孔和钻管外部之间 供给，同时切削液携带切屑通过钻杆内孔排出。切削液流速很高， 切屑无障碍排出，钻管外径无需排屑槽，圆形截面，故生产效率 一般比槽钻高5倍。
图6：双管钻、喷吸钻 b.双管钻-喷吸钻，是内排屑钻头先进结构。钻孔表面粗糙度可获得Ra0.8，精度 达H9~H8。有内外钻管，切削油由内外钻杆之间的间隙通过，再由钻头小油孔 排出，进入切削处，再经过内管内孔，切削液将切屑携带排出，由于内管尾 部有数个月牙槽形成压力将切屑抽出，故获得理想加工效果。
图b：单件生产，小批量生产
综上所述：在深孔加工技术中，一个企业能 否合理应用它，不仅取决于刀具结构本身，尚需 有上述条件合理的解决和具备才可得到预想的加 工效果。
三、深孔加工类型
深孔加工过程复杂，形式较多，一般有下列几种： （一）按其所用刀具可分为： （1）实心钻孔法：毛坯无孔，用切削加工出孔的方法 （外排屑和内排屑） （2）扩孔法：在无孔的基础上，将孔扩大，提高孔的 精度或降低孔加工表面粗糙度的Ra值 （3）套料钻孔法：用空心钻头，也称环形钻，加工后 毛坯中心套出一根芯棒的方法。如下图2，图3
由深孔加工存在上述特点，因此，在深孔加工技术 中必须解决好以下几个特殊问题： （1）切屑处理问题 在钻削过程中必须保证切屑不断从工件孔中心顺利 排出。否则深孔加工很难实现。因此不同钻削方式断屑 要求有严格不同。 （2）合理的冷却润滑 冷却润滑液在深孔加工中的作用如下： a.迅速将切屑排出 b.降低切削温度使刀具保持正常切削，使刀片始终保持 冷却状态 c.冷却液还应有一定的流量和压力，使切屑顺利排出
二、深孔加工特点
深孔钻削、扩削、镗削等与普通车、铣削加工不同， 其刀具进入工件时它是半封闭式加工，因此受到诸多条 件的限制，深孔加工不利因素较多，因此，在设计及使 用刀具时应重视如下因素： （1）无法观察到刀具切削情况 ： 因此目前多数企业仍 是旧的深孔加工机床，暂时凭工人经验,工人经验有以 下几点： a.操作者经验判断 b.听声音 c.看切屑的变化、形状、排出等情况 d.新设备可观察机床负荷、压力表的变化，判断刀具磨 损等 e.即使在加工中心及普通车床上改装应用一般也不具备 机床负荷、压力表等装置
单管钻尾部
双管钻尾部
四、内排屑深孔钻
(一)内排屑深孔钻总体结构分析介绍 (二)切削刀片的分布及参数确定 (三)断屑槽形的设计
(四)导条的形状
(五)导条的位置
四、内排屑深孔钻
(六)材质的选用
(七)内排屑深孔钻与钻杆外径及内孔之间的关系 (八)钻头导套的设计与制造 (九)钻头与主轴的对中 (十)机床和刀具旋转的选用
（2）切削热不易传散： 必须使用有效的冷却方式。一般 切削过程中80%的切削热被切屑带走，而深孔加工刀具 本身占的比例很大，易过热，扩散迟，当刀具切削温度 达到400℃时，如不采取特殊措施冷却，再当温度达 600℃时，如还用一般高速钢材料这时刀具硬度将下降 30(HRC),因此，深孔加工刀具必须采用优质高速钢及硬 质合金制作，否则刀具寿命过低，甚至无法使用。这也 是深孔刀具必须采用硬质合金的主要原因。
（三）按排屑方式可分为： （1）外排屑：切屑从钻杆外部排出，冷却液从钻杆内部 进入，见图4
图4：外排屑深孔钻
（2）内排屑：外冷内排屑切削液通过输油器供给，是通 过已钻过孔和钻杆外部之间的间隙供给，同时切削液携 带切屑通过钻杆内孔排出。这时切削液流速很高，切屑 无障碍排出，钻杆外径无需有排屑槽，圆形截面。这时 内排屑深孔钻有以下特点： a.生产效率高 b.刚性好 c.抗震性强 d.切削液量多 内排屑单管钻大体又分二大类： a.单管钻—BTA，见图5 b.双管钻—喷吸钻，见图6
（3）排屑困难：由于孔深，切屑经过路线长，如遇到阻 塞，刀具很容易崩刃，为顺利排屑就要求良好断屑，减 少切屑容屑系数，孔越深，这个问题越严重。因此，必 须妥善解决。
（4）被加工孔偏斜：因受孔径的限制，往往不可能有足 够刚性的钻杆，钻杆细而长钻出的孔不可避免产生偏斜。 钻杆长，刚性差，易产生振动等因素影响着加工质 量，影响着生产效率，因此必须选用合适的切削用量， 以弥补刀杆刚性差的条件确保平稳切削。
四、内排屑深孔钻
(十一)切削参数的选用 (十二)压力和流量 (十三)深孔加工常出的问题、原因和改进措施 (十四)操作者操作中注意事项 (十五)套料钻
(一)内排屑深孔钻总体结构分析介绍
1.总体结构分析 （1）小直径焊接式刀片（见图 8）：一般在 φ 12~φ 30~φ 65， 优点： a.适用小孔径φ 30以下 b.制造精度高，刀头外径控制 在h7 c.制造简单 缺点： a.刀片直径不能调整 SANDVIK从φ 12.6~φ 65
钻套与机床主轴及工件的中心应对中，并应有严格 要求其跳动量不应大于0.02mm，如下图：
新的导套孔最好控制在比钻头大于0.005最佳，如果 旧导套孔大于钻头0.02时，则应更换导套孔，这样才能 获得最佳的加工效果。
（十）机床和刀具旋转的选用
最佳选择是钻头和工件为相反进行旋转，如以下各图：
a.最佳的直线度是有相 对旋转得到ຫໍສະໝຸດ Baidu，如钻 头和工件以相反的方 向进行旋转。
当D＞60mm时
1.钻头刃口应平直，不得有崩刃、裂纹和烧伤等缺陷 2.排屑槽不得有台阶，应圆滑过渡 3.钻头工作部分倒锥为每10mm长度为0.02，决不允许有正锥 4.导向块前端对外刀片刀夹的滞后量0.5~1mm 5.过轴线部分刃口应低于中心，断屑刃口应通过中心，但允许低于0.4mm
botek深孔钻结构分析