孔加工刀具

第一节孔加工的特点及工艺方法

孔加工刀具是切削加工中使用得最早的刀具之一，也是目前应用得很广泛的一种刀具。孔加工的对象为机器或仪器上各种各样的孔，例如：螺钉孔、销子孔、齿轮内孔、箱体上的轴孔、机床主轴锥孔等。

根据用途及技术要求的不同，孔可以在车床、钻床，拉床、镗床和磨床上用镗刀、钻头、锪钻、铰刀、拉刀、内圆磨具等孔加工刀具来加工。

一、孔加工的特点

孔加工刀具的工作部分在工件内表面里工作，使刀具的某些结构尺寸受到限制，因而引起了一些突出问题，如：容屑排屑问题、刀具的强度、刚度及导向问题、散热冷却问题等。这些方面在设计和使用孔加工刀具时都要特别注意。

1．刀具刚度差

2．排屑困难

3．直观性差

4．规格品种多

二、不同精度孔的工艺方法

孔的加工方法很多。常见的有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、珩磨孔和研磨孔等．还有电火花、超声波、激光加工等新工艺。最常见的是在车床、钻床和镗床上进行孔的加工。下表是在车床或镗床上加工孔的工艺方法。

第二节孔加工刀具的类型及用途

孔加工刀具按其用途一般分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀及镗刀等。

一、扁钻

常用的扁钻，可分为整体式和装配式两种重要类型，如

图所示。

1．整体式扁钻：主要用于孔径为12mm以下的尺寸范围。

它的切削部分的材料可用高速钢或硬质合金。在0.03～

0.5mm的微孔钻削时，整体扁钻仍被广泛采用。

2．装配式扁钻：主要用于直径25～500mm的大尺寸范围的

钻孔或扩孔。其结构由钻杆和可换刀片两部分组成。可

换刀片的材料为高速钢或硬质合金。

3．特点：缺点是切削条件差，生产率低，排屑困难，钻孔时不易保持孔的位置，加工精度低。优点是强度和刚性较好、结构简单、制造成本低，便于采用机夹结构。

二、麻花钻

麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度Ra25—6.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。

1．麻花钻的构造标准麻花钻由3个部分

组成：

✧尾部：是钻头的夹持部分，用于与机床

联接，并传递扭矩和轴向力。按麻花钻

直径的大小，分为直柄（小直径）和锥

柄（大直径）两种。

✧颈部：是工作部分和尾部间的过渡部

分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。

小直径的直柄钻头没有颈部。

✧工作部分：钻头的主要部分，前端为切

削部分，承担主要的切削工作；后端为

导向部分，起引导钻头的作用，也是切

削部分的后备部分。

钻头的工作部分有两条对称的螺旋槽，

是容屑和排屑的通道。麻花钻的两个主切削

刃由钻芯连接，为了增加钻头的强度和刚

度，钻芯制成正锥体。

✧前刀面：螺旋槽的螺旋面；

✧主后刀面：与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面；

✧副后刀面：与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。

✧主切削刃：螺旋槽与主后刀面的两条交线；

✧副切削刃：棱边与螺旋槽的两条交线；

✧横刃：两后刀面在钻心处的交线构成。

2．麻花钻的主要几何参数

麻花钻的基面与切削平面

✧基面：通过该点又包括钻头轴线的平面。由于切削

刃上各点的切削速度方向不同，故基面也就不同。

✧切削平面：切削刃上任意一点的切削平面是包含该

点切削速度方向，而又切于该点加工表面的平面。

切削刃上各点的切削平面与基面在空间互相垂直，

且位置是变化的。

1．螺旋角β：钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴

线间的夹角为钻头的螺旋角。较大的螺旋角，使钻头的前

角增大，故切削扭矩和轴向力减小，切削轻快，排屑也较

容易。但是螺旋角过大，会削弱钻头的强度和散热条件，

使钻头的磨损加剧。标准麻花钻的β=18°～30°，小直径

钻头β值较小。

2．顶角和主偏角

钻头的顶角：为两主切削刃在与其平行的轴向平面上

投影之间的夹角。标准麻花钻的

2Φ=118°，此时的主切削刃是直线。

主偏角与顶角不同，它是主切削刃

在基面上的投影与进给方向的夹角。由

于主切削刃各点基面位置不同，故主切

削刃各点的主偏角是变化的。

钻头的顶角直接决定了主偏角κr

的大小，且顶角之半在数值上与主偏角

κr 很接近。

顶角越小，切削刃长度增加，单位

切削刃长度上负荷降低，刀尖角 r 增

大，改善了散热条件，提高了钻头的耐

用度。同时，轴向力减小。但切屑变薄，

切屑平均变形增加，故使扭矩增大。

3．端面刃倾角λST ：主切削刃上任一点的端面刃倾角是在端面投影中主切削刃与基面间的夹角。切

削刃上不同点的端面刃倾角是不同的，外缘处的λST 最小。靠近钻心处的λST 最大。

标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值。

4．前角：钻头的前角是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。对于标准麻花钻，前角由30°

逐渐变为-30°，故靠近中心处的切削条件很差。

5．后角：钻头的后角是在假定工作平面（即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面）内测量的切削

平面与主后刀面之间的夹角。考虑到进给运动对工作后角的影响，同时为了补偿前角的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条件，麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大。一般后刀面磨成圆锥面，也有磨成螺旋面或圆弧面的。标准麻花钻的后角(最外缘处)为8°～20°，大直径钻头取小值，小直径钻头取大值。

6．横刃角度：横刃是两个后刀面的交线，其长度为b

ψ 。

横刃角度包括横刃斜角ψ，横刃前角γo ψ和横刃后角

αo ψ。横刃斜角ψ为在钻头端平面内投影的横刃与主

切削刃之间的夹角，它是刃磨后刀面时形成的。标准

麻花钻的ψ=50°～55°。当后角磨得偏大时，横刃斜角

ψ减小，横刃长度b ψ增大。

横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为一条

直线，因此横刃上各点的基面和切削平面的位置是相同的。在横刃剖面O-O 内，横刃前角γo ψ为负值，横刃后角αo ψ≈90°-γo ψ。标准麻花钻的γo ψ=－(54°～60°)，γo ψ＝26°～30°。由于横刃前角是很大的负前角，所以钻削时横刃处发生严重的挤压，而造成定心不好和很大的轴向力。