群钻刃磨法

主要交流内容
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2 3 4 5 6 群钻的由来及其现状 普通麻花钻头的缺陷与群钻的优点 群钻的快速刃磨方法
简介几种常用高效群钻模型
将徒手刃磨基本群钻移植到机械刃磨
一、群钻的由来及其现状
切削材料是刀具的生命，几何角度是刀具的灵魂，二者缺一不可。 先要讲一下普通讲麻花钻头，因为 在机电制造业中，大多数工种都离不开 它。在诸多刀刃具中，麻花钻头是品种 规格最多〔我国年产麻花钻头近14亿 支〕，应用面最广，使用频度最高的。 现在大家日常都在使用麻花钻头，其实 你只使用了它1/3的能力，还有70%的潜 力还没有被发挥出来。主要原因是：应 用者对它的切削刃口还没有学会科学而 合理的刃磨技能。 首先分析一下普通麻花钻头切削刃型的 原始形状及其主要缺陷：
图(4)
普通麻花钻前角γ0的分布
普通麻花钻主刃上各点的前角γ 0变化极大， 如图3所示，从外缘点到钻芯处，由30°变到-30°。
2.麻花钻头习惯的刃磨方式
这种双手悬空式的“弧形摆动刃磨法”的弊端，一是刃磨中缺乏稳定性，二是 把大量时间和劳动耗在钻头切削刃的背面。〔见现场操作〕
3.麻花钻头的切削效果 ⑴普麻通花钻头切屑的形成
3．磨外刃：
要求：刃磨锋角2θ135º ～140º ，使每条外刃长度≥原长度的
1
2
～2
3
同时须产生两后角α≈10º ～15º ，两侧角度与刃长对称相等。 目的：外刃每一点的轴向前角增大，钻削时轴向阻力小、排屑快而顺畅。
方法：双手前后持稳钻头，将一外刃 高于砂轮中心约10mm的圆周面上， 其中指或食指，按压在砂轮机防护罩 壳某一点上定位，将钻头调整为以下 位置：①钻头主刀刃与砂轮轴线 ≈65º ～70º 夹角；②钻头尾部下倾与 砂轮外圆切线方向呈约10º ～15º ；③ 将钻头主刀刃逆时针方向旋转6º ～10º （使靠近钻尖处外刃上每一点后角α 增大），此时将钻头压向砂轮圆周面， 均匀施力作左右移动磨削。当一外刃 长磨成，微松两手，身体站位与手指 的定位点不变，另一手持钻头旋转 180º ，仍按原位置刃磨另一外刃。
图7 θ12mm基本群钻刃型
它的几何参数：3+7+11=21
从上述分析可以看出，基本群钻与普通麻花钻头两者尖、刃、角 的总和之比为21∶8。它充分说明群钻在切削过程中的突出优势，因此 ，它也是其它钻型所无法比拟的。 这“三尖、七刃、十一个角”，一定要清楚其所在位置，要记住 其主要作用。
图8
普通麻花钻头与基本群钻改进对比：
1.基本群钻尖、刃、角的分析
(1)3尖──钻心O尖、B尖、B′尖。 它也是一个钻心尖O，但在其左右还有两个钻侧尖B和B′。钻心 尖O略高于两侧尖，它在最前面先接触工件，由于其切削性能及强 度都较差，所以当它在对金属层作挤刮之际，两侧尖便很快切入工 件将中心部分金属撕裂、剥开。这时，它除了起着保护钻心的作用 ，还减小了钻削时的轴向阻力，使钻尖与其它刀刃能更快、更顺利 地进行切削。 （2）7刃──外刃AB×2；弧刃BC×2；内刃CD×2；横刃DD′ 由于将普通麻花钻3刃磨成7刃，使整个切削刃的长度增加，因 此，单位长度上的切削力也就减少了。另外，在原来的两条外直刃 上，磨出了两个对称于钻心的弧刃BC，切削中它在底孔形成一道“ 凸圆箍”，起着导向和稳定中心的作用，因此，钻出的孔不易偏斜 ，直线性好（图8）。 （3）11角——外刃后角α×2、弧刃后角αR×2、内刃前角 γτ×2、内刃斜角τ×2、外锋角2θ、内锋角2θ′、横刃斜角Φ。
在各类刀具切削塑性材料时，最 常见的普通切屑为螺卷状，切屑沿切 削刃口流出，在前刀面上滑行一段后 ，开始变形卷曲并与前刀面分离。 钻孔时，基本的切削功率大部分 消耗在形成切屑和排屑上，它们对钻 削力、钻头耐用度和加工精度都有很 大影响。用麻通花钻钻塑性材料，一 般切屑多为长锥螺卷状。(图4及现场 视频 )
4．磨弧刃：
要求：每一侧弧刃长度磨至钻头外刃全长度≈L/2，同时产生弧刃后角ɑR约15º 、 横刃斜角G≈50º、内锋角2θ′≈100～120º 、钻尖高h约0.05～0.08mm。（图14–1） 目的：①增加钻头切削刃长度；②钻削时中心稳定，孔的直线性不易偏斜；③ 切屑易变形而折断；④保护钻尖并提高其耐用度
⑵切削刃上切削力的分配
在钻一般金属材料时，轴向力主要来自横刃，而转矩则主要由主刀刃产生。但应 注意：当钻某些钛合金材料时，由于其弹性恢复量大，从而使钻头刃带与孔壁的磨擦 力矩增加，可占到总力矩的60%左右。
切 削 刃
表1 普通麻花钻切削刃 上切削力的分配（%）
轴向力
横 刃
主 刃
刃 带
57%
40%
3%
图5 普通麻花钻切削刃上 切削力的分配（轴向力）
切 削 刃
表2 普通麻花钻切削刃 上切削力的分配（%）
转矩
横 刃
主 刃
刃 带
80%
8%
12%
图6 普通麻花钻切削刃上 切削力的分配（转矩）
三、基本群钻
“群钻”这个词，是上世纪五、六 十年代的技工倪志福创新的，它代表 具有我国机械加工特色的高效钻头刃 型。其最大的特点是：在不改变原有 的条件下，只需在刃磨中改变钻头切 削刃的几何角度，不花钱，就能立竿 见影地提高加工效率3~5倍甚至更高。 当年，我们曾在全国各地推广过，受 到机械加工行业的普遍赞扬，得到国 外同行们的高度重视，在八十年代获 得了联合国世界知识产权组织金质奖 章〔见相片2〕。 八十年代后期，由于受到国内重文凭、 重学历潮流的冲击而逐渐被边缘化， 故今天在工矿厂企、技职院校的技工、 老师多不知“群钻”为何物了。 下面分析一下基本群钻刃型的原始形 状及其优点：
2．磨后背：
要求：两主后面须对称、均匀，将宽 度磨至全后面≈H′/2。（图12–1） 目的：①减少下一步刃磨量；②增加 钻削中的排屑空间；③使冷却润滑液更 快进入主切削刃。
方法：一手指按在砂轮机防护罩某一点上。 将钻头一侧主后面置于砂轮中心高约10mm 的圆周面上。钻头主轴与砂轮切线方向约 呈30º 夹角，然后将钻头压向砂轮，作左右 均匀施力移动磨削。当磨至宽度≈H′/2时， 一手将钻头入水冷却（另一手指原按点不 动），翻转180º 再刃磨另一后背。（图12–2）
基本群钻刃型的“胡氏”快速刃磨法 以θ12mm高速钢麻花钻头，刃磨成基本 群钻刃型为例，（这种刃型可钻削低、中、 高碳钢；合金钢及耐酸不锈钢（1Cr18Ni9Ti ）等各类黑色和有色金属材料）。
四、基本群钻刃型快速刃磨顺序及方法
1．磨尖高：
要求：从市埸购来的麻花钻头，其外锋角2θ118º ，将其钻尖高磨至≈H/2。 ±2º 目的：减少后续的刃磨量和时间。 方法：将钻头轴线稍高于砂轮中心线，然后双手前后平握钻头，使钻尖对着砂轮圆 周面，均匀进刀并作左右移动磨削。将钻尖磨至全高≈H/2时立即入水冷却。
1.锋角从118°140°增加了轴向前角改善出屑。 2.切削时在孔的底部形成圆凸箍，提高了孔的加工直线
性和稳定性。 3.缩小横刃，减小了轴向切削力。 4.降低了横刃的高度。 5.利于断屑。 6.减小钻心处的负值。 7.增加切削刃的长度。 使用方法要点：二慢一快。
2.基本群钻刃型快速刃磨法
它是将原来大家习惯的“弧形摆动 刃磨”，改变为“平推移动刃磨”。其 主要优点，一是刃磨时能保持稳定使钻 头刃型的对称性好；二是将钻尖及后背 面的多余部分先去除，使刃磨时间比原 来的习惯磨法至少快2倍。现以Ø12mm 麻花钻头为例，介绍其刃磨顺序及刃磨 要领：
五、刃磨要领 购来的高速钢麻花钻头，都须针对不同的加工材料进行再刃磨。1支θ12mm 普通麻花钻头，将其刃磨成钻不锈钢材料（1Cr18Ni9Ti）的群钻刃型，一般所 需时间不超过1min~2min。在一般中、小型企业中，不可能配备专人或专机来 刃磨钻头的。因此，凡从事机械加工的中、高级技工，都应该学会并熟练撑握 它，这是一门具有中国机械加工特色的高效技能。 1．养成站位和手指定位的习惯。在高速旋转而抖动的砂轮机上，用双手悬 空式刃磨，十有八九的是磨不好钻头的。要以最快的速度磨出合格群钻刃型， 应养成站位和手指定位的刃磨习惯。其主要优点是：①能够保持钻头两侧刃口 磨削位置基本不变，各刃型大致对称、相等；②因砂轮抖动而带来双手的颤动 频率降至最小；③可增大对钻头刃型磨削的进给量，久而久之则达到时间短而 速度快。
方法：磨削点高于砂轮轴线外缘 侧面相交处约10mm。①将钻头 轴线与砂轮外侧面斜偏≈50º ～60º ， 尾部下倾约15º ～20º 并顺时针旋 转8º ～10º ；②一手指按住砂轮防 护罩壳某一点定位；③按此磨削 位置，以钻头轴线方向进给磨削 到位，微松两手，身体站位与手 指的定位点不变，另一手将钻头 翻转180º ，仍在原位刃磨另一弧 刃。两弧刃反复刃磨2次对称后冷 却。（图14–2）
5．磨内刃：
要求：内刃宽度磨至弧刃全长≈l/2，同时须产生内刃前角γτ、≈–5º ~–10º 、内刃斜角 K≈20º 、横刃长B≈0.04~0.07mm（图15–1）。 ~30º 目的：使内刃前角γτ负值减至最小，加之横刃长减短，钻削时轴向力就小得多，从 而给大进给量创造了条件。
方法：钻心前刀面磨削点为砂轮 外圆中心与其侧面相交处。①钻 头尾部抬高与砂轮磨削点呈15º ～ 25º 夹角；②左手抓住钻尾，其中 指按在砂轮机上某一点定位，右 手拇指和食指抠住钻头前端两螺 旋沟槽；③在摆出以上位置后， 右手将钻头后面的螺旋槽逐渐靠 上砂轮磨削点，与此同时左手微 松，右手扭住钻头作顺时针方向 缓慢转动刃磨，当磨至砂轮 侧面作一直线微量进给，使内刃 斜角τ产生并同时缩短横刃。微松， 将钻头旋转180º ，仍在原位置，按 上述动作刃磨另一侧内刃。在刃 磨的全过程中，身体站位与手指 的定位点不变，
二、普通麻花钻头与基本群钻刃型 参数比较（以Φ12MM高速钢麻花钻头为例）
1.普通麻花钻头的尖、刃、角及其缺陷：（图2）
⑴1尖──钻头中心最高点O。 由于钻头中心O点至外缘A点距离h较高，钻削时难以稳定中心和导向。 ⑵3刃──外刃AB、CA′横刃BC。 切削中，由于两外刃产生的径向分力使钻头晃动，影响孔加工的质量。 此外，加之其横刃钝而长（似一把圆柱体的平口凿子），切削状况恶劣， 产生大量的切削热和60%以上的轴向阻力，钻削效率低。 ③4角─—外锋角2θ、外刃后角α×2、横刃斜角G。 钻头外锋角2φ锋角出厂标准为118°±2°，该角度数值小，其径向前角 小，阻力也大，钻削中切屑宽而薄，易堵满螺旋沟槽，造成排屑困难和冷 却液难以达到主切削刃。 它的几何参数：1+3+4=8