制造工藝及刀具-可轉(zhuǎn)位刀片鉆

機自學院機械工程及自動化系機械制造工藝及刀具——可轉(zhuǎn)位刀片鉆結(jié)構(gòu)及應用日期：2014年9月25日內(nèi)容CONTENTS1243可轉(zhuǎn)位刀片鉆簡介可轉(zhuǎn)位刀片鉆結(jié)構(gòu)及應用可轉(zhuǎn)位刀片鉆加工特點國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5總結(jié)與參考文獻背景簡介可轉(zhuǎn)位刀片鉆——產(chǎn)生背景孔加工所占比例相當大。一般孔加工量約占整個機械加工量的1/3，其中鉆孔約占25%，機械工業(yè)的迅速發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)，孔加工難度越來越大，加工精度越來越高[1]?？准庸r使用的工具鉆孔刀具一直以高速鋼麻花鉆頭為主。

由于受到高速鋼允許切削速度的限制。(加工鋼或鑄鐵件時,切削速度范圍一般在v<15~25m/min)，導致鉆削加工的效率很難得到提高[1]。由于自動加工生產(chǎn)線的普遍應用,數(shù)控機床的普及,對鉆孔刀具的性能特點、耐用程度以及加工效率都提出了非常高的要求。在這樣的形式下,淺孔鉆這種新型高效的鉆孔切削刀具應運而生[2]。圖：麻花鉆與可轉(zhuǎn)位鉆頭[1]臺鉆直柄鉆頭鉆夾頭搖臂鉆床錐柄鉆頭主軸

or卡套加工中心彈簧夾頭直柄鉆頭使用鉆頭機械各種數(shù)控機床、加工中心及轉(zhuǎn)塔車床等自動設備上[3]?？准庸し譃闇\孔加工和深孔加工兩類，也包括介于兩者之間的中深孔加工。一般規(guī)定孔深L與孔徑d之比大于5時，即L/d>5，稱為深孔；L/d<5時稱為淺孔[6]。而可轉(zhuǎn)位淺孔鉆是一種專用于深徑比小于等于3、中等直徑的孔加工刀具[5]?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆適于高速切削，加工質(zhì)量好，表面粗糙度值Ra為3.2～6.3μm[7]。淺孔鉆的使用面非常廣泛，改善其設計制造方法，提高它的加工質(zhì)量和使用壽命，無疑會帶來巨大的經(jīng)濟利益[5]?？赊D(zhuǎn)位刀片鉆——結(jié)構(gòu)及應用可轉(zhuǎn)位刀片鉆也稱可轉(zhuǎn)位淺孔鉆,其基本結(jié)構(gòu)由可轉(zhuǎn)位刀片、夾緊元件、刀體及配套部分(如冷卻液供給系統(tǒng),適用不同設備的連接系統(tǒng)等)組成。

鉆頭的切削部分采用了機械夾固刀片的原理，把具有合適牌號(材質(zhì))、槽型以及涂層類型的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片，通過夾緊元件緊緊固定在整個淺孔鉆的前端[8]。結(jié)構(gòu)及應用可轉(zhuǎn)位刀片鉆錐形刀體淺孔鉆圖[9]可轉(zhuǎn)位刀片鉆圖[1]可轉(zhuǎn)位刀片鉆分類(1)按刀片形狀可分為四邊形、三邊形、凸三角形(等邊不等角六邊形）、菱形等。(2)按常用的刀體排屑槽可分為直槽、螺旋槽鉆頭兩種。(3)按鉆柄形式可分為圓柱柄、莫氏錐柄鉆頭兩種形式。(4)按結(jié)構(gòu)可分為整體式、模塊式和刀頭與刀體分離式鉆頭三種[3]。可轉(zhuǎn)位鉆頭刀片可轉(zhuǎn)位淺孔鉆所用刀片的形狀為四邊形、三邊形、凸三角形(等邊不等角六邊形）、菱形和圓形等。刀片的形狀最早也是最常用的是釆用凸三角形(W型)。國內(nèi)多采用四邊形和凸三角形。Seco等公司使用了四邊形(S型)，四邊形刀片優(yōu)勢明顯,具有四個切削刃。Sandvik公司推出了使用階進技術(shù)的可轉(zhuǎn)位刀片CoroDrill880,它裝備了獨特結(jié)構(gòu)的中心刀片,這種階級技術(shù)可使鉆進切削力減小50%左右，鉆頭的變形減小[10]。刀片發(fā)展情況圖[9]根據(jù)可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的鉆頭直徑的不同，它的刀片結(jié)構(gòu)與數(shù)量也有所不同：Φ12～16mm的鉆頭釆用單刀片;Φ16～35mm的鉆頭通常釆用2～3個刀片;

Φ35～80mm的鉆頭采用模塊式結(jié)構(gòu)；大于Φ80mm的鉆頭可采用刀頭與刀體分離式的結(jié)構(gòu)，緊固方式用螺釘連接。當孔徑比大于4時,刀體的背上有兩個導向條,以保證切削的平穩(wěn)[9]。

可轉(zhuǎn)位淺孔鉆多數(shù)裝沉孔刀片，采用壓孔方式夾緊。鉆頭由刀體、刀片、壓緊螺釘、模塊、定位銷等組成。刀體尾部與機床的聯(lián)接采用圓柱柄、莫氏錐柄及7：24錐柄等[9]?？赊D(zhuǎn)位鉆頭刀片可轉(zhuǎn)位淺孔鉆結(jié)構(gòu)特點：內(nèi)、外刀片在直徑方向上的交錯配置形式為了保證鉆削時的定心性及切削平穩(wěn)，將內(nèi)刀片順時針(或外刀片逆時針)繞中心旋轉(zhuǎn)一個合適的角度為了使內(nèi)刀片的刀尖獲得一定的線速度，避免純擠壓，使內(nèi)刀片的刀尖略低于鉆頭中心為了避免讓強度較弱的刀尖參與切削，增強實際參加切削的切削刃強度，以減小崩刃，使內(nèi)刀尖超過中心一定量。兩個刀片可用不同刀具材料，中心刀片用韌性好的合金，外刀片用耐磨性好的合金或涂層合金[11]。淺孔鉆結(jié)構(gòu)圖[12]可轉(zhuǎn)位鉆頭刀體

刀體上設計有兩個排屑溝，溝的前端有刀片槽，刀片裝入槽內(nèi)；排屑溝分直溝、螺旋溝兩種，兩者的前端均為直溝。排屑溝的形式取決于排屑方式，不受鉆削時切屑的形成和鉆頭幾何參數(shù)的影響[9]。錐形刀體淺孔鉆圖[9]

刀體材料可采用40Cr、9CrSi及其他高強度合金鋼如35CrMo、42CrMo等?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆是高效鉆孔刀具，刀體內(nèi)有冷卻孔，設計時，除應滿足刀體強度和剛性要求外，還要有足夠的容屑空間。鉆芯直徑通常取d=（0.3～0.35)D(D為鉆頭直徑)

[9]?？赊D(zhuǎn)位鉆頭刀體

刀體分為柄部與切削部分，切削部分長度應盡量短，以提高刀體剛性，其長度取決于鉆孔深度，在設計時，其切削部分長度取為鉆孔深度與孔徑之和。排屑溝為直溝時，最大鉆孔深度為2.5D；排屑溝為螺旋溝時，最大鉆孔深度為3D。對于小直徑淺孔鉆，為了增加剛性，刀體常設計成錐形，刀體柄部是與機床聯(lián)接的部位，可設計成直柄、錐柄兩種[9]。錐形刀體淺孔鉆圖[9]當淺孔鉆直徑Φ≥35mm時，在刀體與刀片之間增加了一個模塊以保護刀體，它是易損元件，因此要求具有良好的互換性和精度。模塊的設計采用定位銷與半圓形雙圓弧定位，用緊固螺釘卡緊。相關位置以刀片內(nèi)切圓中心為基準。模塊應具有較高的重復安裝精度，以保證模塊更換后其位置不變[9]?？赊D(zhuǎn)位鉆頭模塊鉆孔是在半封閉狀態(tài)下進行切削?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆鉆孔過程中必須使用切削液，尤其在鉆深孔和小孔時更為重要。切削液的作用是冷卻和排屑?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆采用內(nèi)冷卻方式。切削液從人口進人刀體內(nèi)，從端部呈Y”字形的出口排出，澆注到加工表面，從切削區(qū)帶走切削熱和切屑。鉆頭回轉(zhuǎn)時的切削液流路與鉆頭不固轉(zhuǎn)時相同，但必須增加一個冷卻環(huán)[9]。冷卻方式可轉(zhuǎn)位刀片鉆鉆頭回轉(zhuǎn)時的切削液流路圖[9]鉆頭不回轉(zhuǎn)時的切削液流路圖[9]加工特點(1)切削速度很高?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆的切削速度可以高達80～240m/min，生產(chǎn)效率大概是普通麻花鉆的3～10倍。(2)加工質(zhì)量較高。淺孔鉆加工的孔的表面質(zhì)量比較好，一般粗糙度可達Ra3.2～Ra6.3[7]。由于淺孔鉆靠刀片直接切入，定心好，無需鉆孔前在工件端面上打中心孔，加工孔的直線度也比較高。(3)刀具使用成本低。因為加工時只有刀片參與切削，刀體不再是消耗件，如果加工時刀片磨損或崩刃后，只需要將可轉(zhuǎn)位刀片轉(zhuǎn)位或更換，便可繼續(xù)加工。而且因刀具無需取下，轉(zhuǎn)位或更換刀片后原刀具長度不變，故不需要在數(shù)控機床上重新調(diào)整。(4)改善了鉆孔工作條件。根據(jù)加工材料的不同切削性能，選擇相匹配的涂層或結(jié)構(gòu)的刀片，便可使切削過程順利進行。刀片上有斷屑槽，斷屑效果好[13]?？赊D(zhuǎn)位刀片鉆加工特點(5)冷卻效果好。由于采用內(nèi)冷孔冷卻，其冷卻潤滑效果好，其高壓力的冷卻液也幫助切屑順利排出。(6)使用壽命長。如不出現(xiàn)意外的刀桿斷裂，刀具可以長期使用，無需更換，且其采用的是頭部鑲硬質(zhì)合金刀片方式，硬質(zhì)合金刀片具有高強度，高耐磨性，它的切削壽命可以達到普通鉆頭的十幾倍，并且刀片上有三個或四個切削刃，刀片磨損崩刃后可隨時更換切削,這種方式節(jié)省了大量磨削和更換刀具時間，一般能提高工效6～7倍[14]。(7)使用范圍廣。由于采用頭部鑲硬質(zhì)合金刀片方式，所以針對不同的材料，不用換刀桿，可以選擇不同涂層，不同槽型的刀片，來滿足不同材料的加工特性。可轉(zhuǎn)位刀片鉆國內(nèi)外研究國內(nèi)1我國從20世紀80年代末開始試制可轉(zhuǎn)位淺孔鉆，93年頒布了有關可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的國家標準。2在90年代中期少數(shù)研究單位和廠家對可轉(zhuǎn)位刀片鉆的結(jié)構(gòu)，刀片的選用等進行了一些研究。32004年,湯愛民和鄧劍通過對可轉(zhuǎn)位淺孔鉆加工受力的理論分析以及斷肩試驗的研究,對其切削機理以及斷屑、排屑機理進行了較詳細的分析,并提出了可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的設計方法和原則。42006年,郜峰和李智針對淺孔鉆技術(shù)在數(shù)控加工運用中存在的問題,就如何使用好該項技術(shù)總結(jié)出了一套使用方法,并針對不同的加工材料給出了淺孔鉆應用時的切削參數(shù),明顯提高了加工效率[13]。國內(nèi)外研究國外1Seco公司的Perfomax可轉(zhuǎn)位刀片鉆削系統(tǒng):更穩(wěn)定、強度更高,具有改進的排屑和冷卻液流向。2Sandvik公司的CoroDrill880采用階進技術(shù),即一步一步地鉆入,使其鉆進切削力減少了一半,減少了鉆頭的變形,擁有優(yōu)良的切削力平衡,顯著地提高了生產(chǎn)率和孔加工質(zhì)量。3Kennametal公司DrillFix系列鉆頭具有在車床上的X軸偏心設計,避免在許多應用中使用非標刀具。并且5種槽型標準可保證切削性能和出色的切屑控制。4KOMET公司的Trigon系列淺孔鉆使用了螺旋內(nèi)冷油道,50度大螺旋排屑槽,使得冷卻充分,排屑流暢,刀體剛性增強。通過計算刀片布置位置,使該鉆頭切削抗力大大降低[13]。結(jié)論可轉(zhuǎn)位淺孔鉆所用刀片的形狀為四邊形、三邊形、凸三角形(等邊不等角六邊形）、菱形和圓形等。加工孔深小于3倍孔徑的高效鉆孔工具。適于高速切削，加工質(zhì)量好，表面粗糙度值Ra為3.2～6.3μm。廣泛應用于各種數(shù)控機床、加工中心及轉(zhuǎn)塔車床等自動設備上。由可轉(zhuǎn)位刀片、夾緊元件、刀體及配套部分組成。內(nèi)、外刀片在直徑方向上的交錯配置形式?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆采用內(nèi)冷卻方式。參考文獻[1]李林.可轉(zhuǎn)位鉆頭的制造和應用[J].機械制造造,1992,30(6):12-13.[2]胡志東.Φ20-60可轉(zhuǎn)位螺旋溝淺孔鉆的研制[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,1993.[3]王莉,可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭的特點及選用http://.[4]金紅輝,邵素娟.新型刀具在數(shù)控加工中的應用[J].工具技術(shù),2013,47(5):44-47.[5]王世清.孔加工技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1992.5.[6]《機夾可轉(zhuǎn)位刀具》編委會.機夾可轉(zhuǎn)位刀具[M].成都:成都科技大學出版社,1994,75-76.[7]龐學慧.淺孔鉆的徑向力平衡及關鍵參數(shù)設計[J].工具技術(shù).2011,45(3).[8]蔡士龍.U鉆及其本體加工[J].汽車科技,1993,(3);52-58.[9]樊鐵鑌.可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的設計與應用[J].工具技術(shù),1997,5:007.[10]卞一川.