新型鉆提高鉆孔效率比較.doc

孔加工是金屬切削加工中最重要的工序之一，約占所有金屬切削加工工序的33%。在自動化生產線中，孔加工經常決定著生產周期的長短。但普通麻花鉆本身的結構存在許多不合理之處，阻礙了其切削性能的進一步提高。同時，各種新型材料的廣泛應用給鉆削加工增添了許多困難。解決這些問題的主要途徑，除采用新的刀具材料外，優(yōu)化刀具的幾何參數、改善切削條件是一種行之有效的方法。法國“雷諾”和“標致”兩大汽車公司發(fā)明的三傾角鉆頭就是修磨后刀面形成新的橫刃和主切削刃來改善切削條件的。Hertel公司提出的SE型整體硬質合金鉆頭，通過修磨特殊的橫刃和切削刃形狀來提高切削效率。我國汽車行業(yè)應用比較廣泛的X型高效鉆頭，通過磨短橫刃，使橫刃處形成具有一定正前角的內刃，改善了切削狀態(tài)，減小了軸向進給力。這三種類型的鉆頭在一定程度上提高了鉆削效率，但它們的共同缺點是沒有進行有效分屑。雖然軸向力有所減小，但鉆削扭矩減小不明顯，鉆削過程中仍有較多的能量浪費在切屑變形上，產生較大的切削熱 群鉆綜合了多種鉆頭修磨方法，具有定心好、切入快、鉆孔精度高、軸向力和扭矩小等優(yōu)點。圖1所示為515mm基本型群鉆的刃形結構。除修磨橫刃外，該鉆頭在主切削刃上磨出了對稱的月牙形圓弧槽，形成新的橫刃和增加了橫刃前角，改善了切削條件；并在直刃與圓弧刃交界處形成轉點實現分屑，鉆孔時直刃將切下大螺距帶狀切屑，圓弧刃將切下卷曲的切屑。分屑減小切屑之間的牽拉扭矩，所以群鉆在很大程度上提高了鉆削效率。但群鉆仍存在一定缺點：(1)在刃磨時很難做到左、右切削刃完全對稱，這樣在鉆孔過程中將產生較大徑向力，鉆頭磨損加快而且產生孔擴；(2)為了實現完全分屑，兩外刃應磨出一定的高度差h(hf/2)，這樣，從理論上講完全分屑的群鉆存在徑向力；(3)群鉆的切屑在寬度上一分為二，但切屑的外端和內端的切屑速度差仍較大，故切削時附加變形仍很大 綜合上述鉆頭的優(yōu)點，改進它們的不足，專家提出了一種新型鉆頭。新型鉆頭的橫刃修磨方式與群鉆相同，同時我們采用了更好的分屑方式，使得新鉆型的鉆削性能優(yōu)于群鉆。鉆頭左側圓弧刃較短，約為整個切削刃長度的1/3，外刃較長，約為整個切削刃長度的2/3；右側圓弧刃較長，約為整個切削刃長度的2/3，外刃較短，約為整個切削刃長度的1/3;同時左側外刃低于右側外刃(高度差應大于鉆孔進給量f)。在整個鉆孔過程中，切削力是對稱分布的。鉆頭剛開始接觸工件時，修短了的橫刃起到了良好定心作用；之后對稱的圓弧刃開始切入工件，由于圓弧刃變短，切屑寬度減小；當兩側的鉆尖接觸工件時，外刃開始參加切削，鉆頭右側外刃高于左側外刃，左側外刃長于右側外刃，故鉆孔時右側外刃只切外圓，左側外刃只切中間一圈?？梢?，本鉆頭的特殊結構保證了切削刃上切削力的對稱分布。 新型鉆型有以下主要優(yōu)點：切屑在主切削刃寬度方向上分成三段，每段切削刃外端和內端的切削速度差明顯減小，減小了切屑附加變形，降低了切削扭矩并減小了鉆頭磨損。以優(yōu)化后的15mm的鉆頭為例，右側外刃的外端半徑為7.5mm，內端半徑為5.5mm；左側外刃起切削作用的刀刃外端半徑為5mm，內端半徑為3mm；圓弧切削刃的外端半徑為3mm，內端半徑為0.75mm。切屑在外刃處為厚而窄的大螺距帶狀，排屑容易，圓弧刃縮短后，呈卷曲的切屑量減少，減少了切屑堵塞的危險性，因此排屑情況優(yōu)于標準群鉆。 如果刃磨時兩側切削刃略有高低誤差，不會造成兩側切削負荷變化而影響徑向力的變化。只是在鉆入的瞬間有徑向力，而在鉆孔過程中徑向力是平衡的，這是其它鉆頭無法以擬的。 為了證明新型鉆頭的性能，專家進行了普通麻花鉆、基本型群鉆和新型鉆頭鉆削力的對比試驗。試驗在Z525型立式鉆床上進行，主軸轉速195r/min，進給量分別為0.10、0.13、0.17、0.22、0.28、0.36mm/r，工件材料45鋼，測力裝置采用KISTLER測力儀與薄壁筒式測力儀相結合的方式。試驗結果表明：進給量從0.100.22mm/r，新型鉆頭相對于麻花鉆的鉆削扭矩分別降低了29.6%，33.3%，22.5%，13.7%；而相對于群鉆，鉆削扭矩分別降低了13.9%，21.7%，14.9%，2.6%；進給量從0.100.36mm/r時，新型鉆頭相對于麻花鉆的軸向抗力降低了40.9%，39.3%，36.3%，31.4%，36.7%，36.9%；而相對于群鉆，軸向抗力降低了10.2%，16.9%，19.4%，16