钻孔新技术

钻孔新技术

钻孔加工是最常用的加工过程，钻头的综合品质（切削性能和使用寿命等）的好坏直接影响着加工产品的质量和生产效率。为适应机床技术的迅猛发展，钻头制造商努力研究开发更多用于先进CNC机床和加工中心的新产品，使钻头的钻孔速度更快、精度更高、使用寿命更长、能够钻硬/软质材料并且成本更低，这是目前钻孔技术发展的大趋势。

深孔钻头

有许多高性能产品零件都需进行深孔（大于5倍钻头直径的孔）的钻削加工。深孔钻削最早的方式是使用枪钻或加长的高速钢麻花钻在相当低的主轴转速和进给量下进行加工，尤其是使用高速钢钻头，还必须采用重复进退（鸟啄食式）的工作程序加工，生产效率低。

OSG Tap & Die公司针对鸟啄食式钻削方式的不足，新开发出了Exocarb-Max 型内冷钻头。据称，该钻头能钻30倍直径的深孔，可加工硬度在RC40以上的材料，同时还能极大地减少钻削时间。其结构特点是设计有一个能防止走偏（轴心线飘移）、能有效断屑、表面涂覆有多层复合涂层和倒锥形横刃的钻尖。尽管如此，但对加工难以加工的材料（如钛合金和镍基合金）的小孔（直径小于1.6 mm）还必须采用鸟啄食式加工方式，这还是今后要研究的课题。Titex Plus 公司新研制出一种能使钻深达8倍直径的内冷整体式硬质合金钻头。其主要特点是具有良好的定心功能，保证钻后孔的高直线度和相对位置精度。在钻头前刀面经优化设计出有利于排屑的断屑槽，加之内冷式的冷却方案，能顺利排屑。钻头表面经TFT涂覆工艺涂覆及后工序处理，具有较好的润滑性能（提高润滑性约50％），提高钻头切削性能和使用寿命。

钻削小深孔也是一个技术难题。由于它没有足够的排屑空间，不能将冷却液传输至钻尖。尽管有时也能将切屑挤出孔外，但发热和切屑堵塞严重影响着钻头的使用寿命，甚至给人机安全造成隐患。其解决办法是设计出最佳的断屑与排屑方案，包括为防止切屑被粘结在钻尖，需将钻尖与排屑槽打磨抛光。一般将前角设计成小前角，以产生利于折断和排除的小曲率半径切屑。

为满足汽车制造用户的需要，Mitsubishi材料公司美国分公司最新推出能加工直径13mm深度达381mm（30D）的 W Star Long 深孔钻头，主要用于替换枪钻加工汽车曲轴和连杆等零件，使生产效率大大提高。

普通麻花钻

Kennametal公司设计的新型麻花钻以将横刃设计成“S”形横截面来替代平凿形状为主要特点。开始的设计还不能承受很大的轴向切削力，强度也不太高。为更好地提高切削性能，经进一步改进成被称为HP钻尖结构，还重点将钻头的切削刃磨出特定的角度，包括将刃口精磨抛光，以保证两切削刃长宽的对称受力均匀，使切削性能大增，可用于切削硬度高达 RC40 的黑色金属材料，并提高了2倍的切除率，将切削速度从82 m/min提高到了201 m/min，提供了更快的进给速度。同时保证了加工孔的直线度，提高了刀具的使用寿命。

小孔钻头

理想的钻头不仅要有足够的硬度和刚性，能顺利完成切削任务，同时也要具有一定的能抵抗扭矩变化引起的振动与刀具变形的柔性。这一点对于直径小于6 mm易折断的钻头更为重要。

Datron公司最近新开发出一种新钻头，以具有好的切削性能和能吸收加工中产生的振动为主要特点。这是因为新钻头在结构设计上采取了将用作切削刃的微细晶粒硬质合金刀片焊接在高强度、高韧性、高弹性模数的高速钢刀体上所致，因此既能高效率切削又有较长的使用寿命。尽管如此，钻头的容易破损还是引起了科研人员的重视，在搞清钻头破损原因的基础上提出了相应的解决方案，将钻头切削刃选择用性能优良的微米（细）晶粒的硬质合金制成，具有高的强度和韧性，使其更具耐磨性和抗冲击性。后来，切削刃改用亚微米（细）晶粒的硬质合金制成，其质量更好，是当今制造刀具综合性能最好的材料，几乎能用于加工任何材料。因为这种材料有一种决定刀具综合性能和使用寿命的最有效指标——横向断裂强度（TRS），使得刀具的切削性更好，使用寿命更长。例如，高速钢的横向断裂强度是3654 MPa，而亚微晶粒硬质合金的横向断裂强度是4137 MPa。

该公司还研制出一种主要用于加工铸铁（包括可锻铸铁与灰铸铁）的新型钻头。其主要特点是在切削刃前后均设计有两个棱边的小螺旋形刃带，即共四条刃带的导向支撑极大地提高了加工稳定性，成为加工最大深度为8倍直径铸铁零件的最好选择。

快换钻头

快换钻头（包括快换头部、机夹和模块式钻头等）的制造成本高，但是相对于麻花钻，它的更换时间短，因此，在CNC机床上进行大批量生产时独具优势。Iscar公司新开发出的 ChamDrill喷吸钻是一种具有高刚度、高强度钻杆，有着良好的冷却液循环系统和可快速更换头部等特点的最新型快换钻头。在使用这种结构的钻头时，高压力、大流量的冷却液是从钻头中心的高压力、大流量冷却液的内冷是顺利排除切屑的最佳方案通液孔注入钻体内，然后分成两个小孔直喷向钻尖两切削刃对其进行冷却，同时将切屑冲走，再流经两个螺旋形排屑槽，有效地将切屑排出孔外。此款钻头的钻尖切削刃部分设计更是富有创意，除排屑空间大、钻心厚、强度高的优点外，还设计出由一个切削刃切削、两个导向块导向定位，与主切削刃保持受力平衡，所以加工出孔的直线性好、相对位置精度高。由于它的排屑性能好，可在高速大进给量条件下加工，所以生产效率高。这种结构的钻头现在已通用于各种CNC机床、加工中心对深浅孔的加工中。

KUB Duon型机夹式高效率钻头是由美国Komet公司设计的，用于加工直径为18～36mm孔深为5D的孔。钻头切削刃是用螺钉将两块硬质合金刀片固定在钢制刀体上，按经优化设计的几何形状加工而成，刀片表面可根据加工材料选择涂覆四种涂层，因而比快换头部钻头有更多的优点，尤其在对切屑的控制方面。

Komet公司新近设计的KUBQuatronDuon型机夹式钻头是为加工孔深小于3D的大直径浅孔设计的。它是将喷吸钻切削部分的三个面接触改进成四个小平面接

触（即增加一个导向块），所以动态刚性更好、稳定性更高，可在更大进给速度下进行加工。

Kennametal公司新研制出了几种用于加工12.5mm以上直径的快换钻头和模块式钻头。虽然快换钻头不能达到整体式钻头的精度，但它可在高切削速度和大进给量下切削，具有快换、高效率、低成本生产的优势。

根据加工材料，该模块式钻头将作为标准件的硬质合金刀片（模块）组装在相应规格的钢质刀体（模块）上，使加工零件精度介于整体式硬质合金钻头和快换式硬质合金钻头精度之间，加工直径范围为12.5mm～40mm与10D孔深的孔（15D可选）。