合理選用硬質(zhì)合金鉆頭
2018/9/12 11:05:00??????點(diǎn)擊：
過(guò)去，人們一直認(rèn)為鉆削加工必須在較低的進(jìn)給量和切削速度下進(jìn)行，這種觀點(diǎn)在使用普通 鉆頭的加工條件下曾經(jīng)是正確的。如今，隨著硬質(zhì)合金鉆頭的出現(xiàn)，鉆削加工的概念也發(fā)生 了變化。事實(shí)上，通過(guò)正確選用合適的硬質(zhì)合金鉆頭，可以大幅度提高鉆削生產(chǎn)率，降低每孔加工成本。
硬質(zhì)合金鉆頭的基本類(lèi)型
可供用戶選擇的硬質(zhì)合金鉆頭分為四種基本類(lèi)型：整體硬質(zhì)合金鉆頭、硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片 鉆頭、焊接式硬質(zhì)合金鉆頭和可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭。每種鉆頭都具有適合特定加工條件的優(yōu)點(diǎn)。
整體硬質(zhì)合金鉆頭
整體硬質(zhì)合金鉆頭適于在先進(jìn)的加工中心上使用。這種鉆頭采用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料制造， 為延長(zhǎng)使用壽命，還進(jìn)行了TiAlN涂層處理，專門(mén)設(shè)計(jì)的幾何刃型使鉆頭具有自定心功能， 在鉆削大多數(shù)工件材料時(shí)具備良好的切屑控制及排屑性能。該鉆頭的自定心功能和嚴(yán)格控制 的制造精度可確?？椎你@削質(zhì)量，鉆削后不需再進(jìn)行后續(xù)精加工。
硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭
安裝硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的鉆頭可加工孔徑范圍很廣，加工深度范圍為2D～5D(D為孔徑)，可應(yīng)用于車(chē)床和其它旋轉(zhuǎn)加工機(jī)床。
焊接式硬質(zhì)合金鉆頭
焊接式硬質(zhì)合金鉆頭是在鋼制鉆體上牢固焊接一個(gè)硬質(zhì)合金齒冠制成。這種鉆頭采用自定心幾何刃型，切削力小，對(duì)大多數(shù)工件材料均可實(shí)現(xiàn)良好的切屑控制，加工出的孔表面光潔度 好，尺寸精度和定位精度都很高，不必再進(jìn)行后續(xù)精加工。該鉆頭采用內(nèi)冷卻方式，可用于 加工中心、CNC車(chē)床或其它高剛性、高轉(zhuǎn)速機(jī)床。
可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭
可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭是近年開(kāi)發(fā)的新一代鉆削刀具。它由鋼制鉆體和可更換的整體硬質(zhì) 合金齒冠組合而成，與焊接式硬質(zhì)合金鉆頭相比，其加工精度不相上下，但由于齒冠可更換 ，因此可降低加工成本，提高鉆削生產(chǎn)率。這種鉆頭可獲得精確的孔徑尺寸增量并具有自定 心功能，因此孔徑加工精度很高。
右圖所示為Seco-Carboloy公司開(kāi)發(fā)的CrownLoc鉆頭的連接機(jī)構(gòu)。鉆體與硬質(zhì)合金齒冠之間 采用精密磨制的互鎖V形槽連接機(jī)構(gòu)相互鎖緊，可確保鉆頭組合體具有與焊接式硬質(zhì)合金鉆 頭相同的尺寸精度和整體剛性。同時(shí)，這種鎖緊機(jī)構(gòu)只有唯一的正確配合位置，使齒冠易于 安裝到與之匹配的拉桿上，從而可保證更換齒冠時(shí)的重復(fù)定位精度。當(dāng)通過(guò)鎖緊螺釘拉緊拉 桿時(shí)，齒冠/鉆體組合體相互牢固鎖緊，其連接剛度足以勝任大進(jìn)給、高轉(zhuǎn)速的高生產(chǎn)率孔 加工要求。Seco-Carboloy公司采用先進(jìn)的注射成型工藝制造的硬質(zhì)合金齒冠具有極高的材 質(zhì)均勻性，使齒冠具有均勻的強(qiáng)度和統(tǒng)一的熱變形性能。Seco公司目前可提供三種特定幾何 刃型的CrownLoc鉆頭：第一種是具有常規(guī)的刃口鈍化半徑、刃帶寬度和倒錐角的通用幾何刃 型，適合加工大多數(shù)型號(hào)的鋼材料；第二種是具有較寬刃帶和倒棱的幾何刃型，適合加工鑄 鐵材料；第三種幾何刃型可減少切削熱和加工硬化，適合加工不銹鋼和超級(jí)合金材料。
選用硬質(zhì)合金鉆頭的考慮因素
加工精度
選用硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，首先需要考慮鉆削加工的尺寸精度要求。一般來(lái)說(shuō)，被加工孔徑越小 ，其公差也越小。因此，鉆頭制造商通常根據(jù)被加工孔的名義直徑尺寸對(duì)鉆頭進(jìn)行分類(lèi)。在 上述四種類(lèi)型的硬質(zhì)合金鉆頭中，整體硬質(zhì)合金鉆頭的加工精度最高(φ10mm整體硬質(zhì)合 金 鉆頭的公差范圍為0～0.03mm)，因此它是加工高精度孔的最佳選擇；焊接式硬質(zhì)合金鉆頭 或可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭的公差范圍為0～0.07mm，比較適合一般精度要求的孔加工；安 裝硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的鉆頭比較適合重載粗加工，雖然它的加工成本通常低于其它幾種鉆 頭，但其加工精度也比較低，公差范圍為0～0.3mm(取決于鉆頭的長(zhǎng)徑比)，因此它一般 用于精度要求不高的孔加工，或者通過(guò)換裝鏜刀片完成孔的精加工。
加工穩(wěn)定性
除了考慮鉆孔精度要求外，選擇鉆頭時(shí)還需考慮加工機(jī)床的穩(wěn)定性。機(jī)床穩(wěn)定性對(duì)于鉆頭的 安全使用壽命和鉆孔精度至關(guān)重要，因此需要仔細(xì)檢驗(yàn)機(jī)床主軸、夾具及附件的工作狀態(tài)。 此外，還應(yīng)考慮鉆頭自身的穩(wěn)定性。例如，整體硬質(zhì)合金鉆頭剛性最好，因此可達(dá)到很高的 加工精度。而硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生偏斜。這種鉆頭上安裝 了兩片可轉(zhuǎn)位刀片，其中內(nèi)刀片用于加工孔的中心部分，外刀片則加工從內(nèi)刀片至外徑處的 外緣部分。由于在加工初始階段只有內(nèi)刀片進(jìn)入切削，鉆頭處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易引起鉆體 偏斜，且鉆頭越長(zhǎng)，偏斜量越大。因此，在使用長(zhǎng)度超過(guò)4D的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭進(jìn)行 鉆削加工時(shí)，在開(kāi)始鉆進(jìn)階段時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量，進(jìn)入穩(wěn)定切削階段后再將進(jìn)給率提高到 正常水平。焊接式硬質(zhì)合金鉆頭和可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭是由兩條對(duì)稱切削刃組成可自定 心的幾何刃型，這種具有高穩(wěn)定性的切削刃設(shè)計(jì)使其在切入工件時(shí)不需要減小進(jìn)給率，只有 當(dāng)鉆頭傾斜安裝與工件表面成一定傾角切入時(shí)例外，此時(shí)建議在鉆入、鉆出時(shí)將進(jìn)給率減小30%～50%。由于此類(lèi)鉆頭的鋼制鉆體可產(chǎn)生微小變形，因此非常適合用于車(chē)床加工；而 整體硬質(zhì)合金鉆頭由于脆性較大，用于車(chē)床加工時(shí)較易折斷，尤其當(dāng)鉆頭定心狀況不佳時(shí)更 是如此。
排屑與冷卻液
排屑是鉆削加工中不容忽視的問(wèn)題。事實(shí)上，鉆削加工中遇到最多的問(wèn)題就是排屑不暢(加工低碳鋼工件時(shí)尤其如此)，且無(wú)論使用何種鉆頭均無(wú)法回避這一問(wèn)題。加工車(chē)間經(jīng)常采用 外部注入冷卻液的方式輔助排屑，但這種方法只有在被加工孔深小于孔徑以及減小切削參數(shù)的情況下才有效。此外，必須選用與鉆頭直徑相匹配、合適的冷卻液種類(lèi)、流量和壓力。對(duì)于沒(méi)有安裝主軸內(nèi)冷卻系統(tǒng)的機(jī)床，則應(yīng)使用冷卻液導(dǎo)管。被加工的孔越深，排屑就越困難，需要的冷卻液壓力也越大，因此應(yīng)保證鉆頭制造商推薦的最小冷卻液流量，如冷卻液流量不足，則需要減小加工進(jìn)給量。
每孔加工成本
生產(chǎn)率或每孔加工成本是影響鉆孔加工最重要的因素。為提高生產(chǎn)率，鉆頭制造商正致力于 研究可集成多種操作工序的加工方法，并開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給、高轉(zhuǎn)速加工的鉆削刀具。
最新開(kāi)發(fā)的可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭具有優(yōu)異的加工經(jīng)濟(jì)性。鉆頭磨損后，用戶不必更換整 個(gè)鉆體，只需更換硬質(zhì)合金齒冠即可，其購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用只相當(dāng)于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭重磨 一次的費(fèi)用。硬質(zhì)合金齒冠更換容易且重復(fù)性精度極高，加工車(chē)間可用一支鉆體配備多個(gè)齒 冠，以加工不同孔徑尺寸的孔。這種模塊化的鉆削系統(tǒng)可減少直徑12～20mm鉆頭的編目費(fèi)用 ，同時(shí)還可節(jié)省對(duì)焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行重磨時(shí)需要的備份刀具費(fèi)用。
在考慮每孔加工成本時(shí)，還應(yīng)將鉆頭的總壽命計(jì)算在內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，一支整體硬質(zhì)合金鉆頭 只能重磨7～10次，一支焊接式硬質(zhì)合金鉆頭只能重磨3～4次，而可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭 在加工鋼料時(shí)，其鋼制鉆體至少可更換齒冠20～30次。
由于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭需要重磨，為避免刀具發(fā)生破損，車(chē)間在使用這種鉆頭時(shí)傾 向于采用較低的切削參數(shù)，因此也會(huì)影響鉆削生產(chǎn)率。而可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭不需重磨 ，車(chē)間在加工時(shí)可采用最大的進(jìn)給量和切削速度而不必?fù)?dān)心齒冠破損。
在許多情況下，由于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭重磨后的切削刃形狀和刃口處理狀態(tài)與新鉆 頭難以完全吻合，因此其切削性能也與新鉆頭存在一定差異。此外，如重磨過(guò)程中對(duì)切削刃 處理不當(dāng)，可能使刃口容易破損、鉆削扭矩和鉆削力加大、切削熱增加，從而導(dǎo)致鉆頭壽命 縮短。而新型可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭的工作壽命則更為穩(wěn)定一致。
硬質(zhì)合金鉆頭的基本類(lèi)型
可供用戶選擇的硬質(zhì)合金鉆頭分為四種基本類(lèi)型：整體硬質(zhì)合金鉆頭、硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片 鉆頭、焊接式硬質(zhì)合金鉆頭和可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭。每種鉆頭都具有適合特定加工條件的優(yōu)點(diǎn)。
整體硬質(zhì)合金鉆頭
整體硬質(zhì)合金鉆頭適于在先進(jìn)的加工中心上使用。這種鉆頭采用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料制造， 為延長(zhǎng)使用壽命，還進(jìn)行了TiAlN涂層處理，專門(mén)設(shè)計(jì)的幾何刃型使鉆頭具有自定心功能， 在鉆削大多數(shù)工件材料時(shí)具備良好的切屑控制及排屑性能。該鉆頭的自定心功能和嚴(yán)格控制 的制造精度可確?？椎你@削質(zhì)量，鉆削后不需再進(jìn)行后續(xù)精加工。
硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭
安裝硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的鉆頭可加工孔徑范圍很廣，加工深度范圍為2D～5D(D為孔徑)，可應(yīng)用于車(chē)床和其它旋轉(zhuǎn)加工機(jī)床。
焊接式硬質(zhì)合金鉆頭
焊接式硬質(zhì)合金鉆頭是在鋼制鉆體上牢固焊接一個(gè)硬質(zhì)合金齒冠制成。這種鉆頭采用自定心幾何刃型，切削力小，對(duì)大多數(shù)工件材料均可實(shí)現(xiàn)良好的切屑控制，加工出的孔表面光潔度 好，尺寸精度和定位精度都很高，不必再進(jìn)行后續(xù)精加工。該鉆頭采用內(nèi)冷卻方式，可用于 加工中心、CNC車(chē)床或其它高剛性、高轉(zhuǎn)速機(jī)床。
可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭
可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭是近年開(kāi)發(fā)的新一代鉆削刀具。它由鋼制鉆體和可更換的整體硬質(zhì) 合金齒冠組合而成，與焊接式硬質(zhì)合金鉆頭相比，其加工精度不相上下，但由于齒冠可更換 ，因此可降低加工成本，提高鉆削生產(chǎn)率。這種鉆頭可獲得精確的孔徑尺寸增量并具有自定 心功能，因此孔徑加工精度很高。
右圖所示為Seco-Carboloy公司開(kāi)發(fā)的CrownLoc鉆頭的連接機(jī)構(gòu)。鉆體與硬質(zhì)合金齒冠之間 采用精密磨制的互鎖V形槽連接機(jī)構(gòu)相互鎖緊，可確保鉆頭組合體具有與焊接式硬質(zhì)合金鉆 頭相同的尺寸精度和整體剛性。同時(shí)，這種鎖緊機(jī)構(gòu)只有唯一的正確配合位置，使齒冠易于 安裝到與之匹配的拉桿上，從而可保證更換齒冠時(shí)的重復(fù)定位精度。當(dāng)通過(guò)鎖緊螺釘拉緊拉 桿時(shí)，齒冠/鉆體組合體相互牢固鎖緊，其連接剛度足以勝任大進(jìn)給、高轉(zhuǎn)速的高生產(chǎn)率孔 加工要求。Seco-Carboloy公司采用先進(jìn)的注射成型工藝制造的硬質(zhì)合金齒冠具有極高的材 質(zhì)均勻性，使齒冠具有均勻的強(qiáng)度和統(tǒng)一的熱變形性能。Seco公司目前可提供三種特定幾何 刃型的CrownLoc鉆頭：第一種是具有常規(guī)的刃口鈍化半徑、刃帶寬度和倒錐角的通用幾何刃 型，適合加工大多數(shù)型號(hào)的鋼材料；第二種是具有較寬刃帶和倒棱的幾何刃型，適合加工鑄 鐵材料；第三種幾何刃型可減少切削熱和加工硬化，適合加工不銹鋼和超級(jí)合金材料。
選用硬質(zhì)合金鉆頭的考慮因素
加工精度
選用硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，首先需要考慮鉆削加工的尺寸精度要求。一般來(lái)說(shuō)，被加工孔徑越小 ，其公差也越小。因此，鉆頭制造商通常根據(jù)被加工孔的名義直徑尺寸對(duì)鉆頭進(jìn)行分類(lèi)。在 上述四種類(lèi)型的硬質(zhì)合金鉆頭中，整體硬質(zhì)合金鉆頭的加工精度最高(φ10mm整體硬質(zhì)合 金 鉆頭的公差范圍為0～0.03mm)，因此它是加工高精度孔的最佳選擇；焊接式硬質(zhì)合金鉆頭 或可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭的公差范圍為0～0.07mm，比較適合一般精度要求的孔加工；安 裝硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的鉆頭比較適合重載粗加工，雖然它的加工成本通常低于其它幾種鉆 頭，但其加工精度也比較低，公差范圍為0～0.3mm(取決于鉆頭的長(zhǎng)徑比)，因此它一般 用于精度要求不高的孔加工，或者通過(guò)換裝鏜刀片完成孔的精加工。
加工穩(wěn)定性
除了考慮鉆孔精度要求外，選擇鉆頭時(shí)還需考慮加工機(jī)床的穩(wěn)定性。機(jī)床穩(wěn)定性對(duì)于鉆頭的 安全使用壽命和鉆孔精度至關(guān)重要，因此需要仔細(xì)檢驗(yàn)機(jī)床主軸、夾具及附件的工作狀態(tài)。 此外，還應(yīng)考慮鉆頭自身的穩(wěn)定性。例如，整體硬質(zhì)合金鉆頭剛性最好，因此可達(dá)到很高的 加工精度。而硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生偏斜。這種鉆頭上安裝 了兩片可轉(zhuǎn)位刀片，其中內(nèi)刀片用于加工孔的中心部分，外刀片則加工從內(nèi)刀片至外徑處的 外緣部分。由于在加工初始階段只有內(nèi)刀片進(jìn)入切削，鉆頭處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易引起鉆體 偏斜，且鉆頭越長(zhǎng)，偏斜量越大。因此，在使用長(zhǎng)度超過(guò)4D的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭進(jìn)行 鉆削加工時(shí)，在開(kāi)始鉆進(jìn)階段時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量，進(jìn)入穩(wěn)定切削階段后再將進(jìn)給率提高到 正常水平。焊接式硬質(zhì)合金鉆頭和可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭是由兩條對(duì)稱切削刃組成可自定 心的幾何刃型，這種具有高穩(wěn)定性的切削刃設(shè)計(jì)使其在切入工件時(shí)不需要減小進(jìn)給率，只有 當(dāng)鉆頭傾斜安裝與工件表面成一定傾角切入時(shí)例外，此時(shí)建議在鉆入、鉆出時(shí)將進(jìn)給率減小30%～50%。由于此類(lèi)鉆頭的鋼制鉆體可產(chǎn)生微小變形，因此非常適合用于車(chē)床加工；而 整體硬質(zhì)合金鉆頭由于脆性較大，用于車(chē)床加工時(shí)較易折斷，尤其當(dāng)鉆頭定心狀況不佳時(shí)更 是如此。
排屑與冷卻液
排屑是鉆削加工中不容忽視的問(wèn)題。事實(shí)上，鉆削加工中遇到最多的問(wèn)題就是排屑不暢(加工低碳鋼工件時(shí)尤其如此)，且無(wú)論使用何種鉆頭均無(wú)法回避這一問(wèn)題。加工車(chē)間經(jīng)常采用 外部注入冷卻液的方式輔助排屑，但這種方法只有在被加工孔深小于孔徑以及減小切削參數(shù)的情況下才有效。此外，必須選用與鉆頭直徑相匹配、合適的冷卻液種類(lèi)、流量和壓力。對(duì)于沒(méi)有安裝主軸內(nèi)冷卻系統(tǒng)的機(jī)床，則應(yīng)使用冷卻液導(dǎo)管。被加工的孔越深，排屑就越困難，需要的冷卻液壓力也越大，因此應(yīng)保證鉆頭制造商推薦的最小冷卻液流量，如冷卻液流量不足，則需要減小加工進(jìn)給量。
每孔加工成本
生產(chǎn)率或每孔加工成本是影響鉆孔加工最重要的因素。為提高生產(chǎn)率，鉆頭制造商正致力于 研究可集成多種操作工序的加工方法，并開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給、高轉(zhuǎn)速加工的鉆削刀具。
最新開(kāi)發(fā)的可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭具有優(yōu)異的加工經(jīng)濟(jì)性。鉆頭磨損后，用戶不必更換整 個(gè)鉆體，只需更換硬質(zhì)合金齒冠即可，其購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用只相當(dāng)于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭重磨 一次的費(fèi)用。硬質(zhì)合金齒冠更換容易且重復(fù)性精度極高，加工車(chē)間可用一支鉆體配備多個(gè)齒 冠，以加工不同孔徑尺寸的孔。這種模塊化的鉆削系統(tǒng)可減少直徑12～20mm鉆頭的編目費(fèi)用 ，同時(shí)還可節(jié)省對(duì)焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行重磨時(shí)需要的備份刀具費(fèi)用。
在考慮每孔加工成本時(shí)，還應(yīng)將鉆頭的總壽命計(jì)算在內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，一支整體硬質(zhì)合金鉆頭 只能重磨7～10次，一支焊接式硬質(zhì)合金鉆頭只能重磨3～4次，而可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭 在加工鋼料時(shí)，其鋼制鉆體至少可更換齒冠20～30次。
由于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭需要重磨，為避免刀具發(fā)生破損，車(chē)間在使用這種鉆頭時(shí)傾 向于采用較低的切削參數(shù)，因此也會(huì)影響鉆削生產(chǎn)率。而可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭不需重磨 ，車(chē)間在加工時(shí)可采用最大的進(jìn)給量和切削速度而不必?fù)?dān)心齒冠破損。
在許多情況下，由于焊接式或整體硬質(zhì)合金鉆頭重磨后的切削刃形狀和刃口處理狀態(tài)與新鉆 頭難以完全吻合，因此其切削性能也與新鉆頭存在一定差異。此外，如重磨過(guò)程中對(duì)切削刃 處理不當(dāng)，可能使刃口容易破損、鉆削扭矩和鉆削力加大、切削熱增加，從而導(dǎo)致鉆頭壽命 縮短。而新型可更換硬質(zhì)合金齒冠鉆頭的工作壽命則更為穩(wěn)定一致。