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鉆孔加工五大關鍵問題
2021-05-28 13:35:32

鉆頭作為孔加工中最為常見的刀具,被廣泛應用于機械制造中,特別是對于冷卻裝置、發電設備的管板和蒸汽發生器等零件孔的加工等,應用面尤為廣泛和重要。
    一、鉆削的特點鉆頭通常有兩個主切削刃,加工時,鉆頭在回轉的同時進行切削。鉆頭的前角由中心軸線至外緣越來越大,越接近外圓部分鉆頭的切削速度越高,向中心切削速度遞減,鉆頭的旋轉中心切削速度為零。鉆頭的橫刃位于回轉中心軸線附近,橫刃的副前角較大,無容屑空間,切削速度低,因而會產生較大的軸向抗力。如果將橫刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型,中心軸線附近的切削刃為正前角,則可減小切削抗力,顯著提高切削性能。
    根據工件形狀、材料、結構、功能等的不同,鉆頭可分為很多種類,例如高速鋼鉆頭(麻花鉆、群鉆、扁鉆)、整體硬質合金鉆頭、可轉位淺孔鉆、深孔鉆、套料鉆和可換頭鉆頭等。  

二、斷屑與排屑鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進行,切屑必須經鉆頭刃溝排出,因此切屑形狀對鉆頭的切削性能影響很大。常見的切屑形狀有片狀屑、管狀屑、針狀屑、錐形螺旋屑、帶狀屑、扇形屑、粉狀屑等。鉆削加工的關鍵——切屑控制
    當切屑形狀不適當時,將產生以下問題:①細微切屑阻塞刃溝,影響鉆孔精度,降低鉆頭壽命,甚至使鉆頭折斷(如粉狀屑、扇形屑等)。②長切屑纏繞鉆頭,妨礙作業,引起鉆頭折損或阻礙切削液進入孔內(如螺旋屑、帶狀屑等)。
如何解決切屑形狀不適當的問題:
①可分別或聯合采用增大進給量、斷續進給、修磨橫刃、裝斷屑器等方法改善斷屑和排屑效果,消除因切屑引起的問題。
②可使用專業的斷屑鉆頭打孔。例如:在鉆頭的溝槽中增加設計的斷屑刃將切屑打斷成為更容易清除的碎屑。碎屑順暢地沿著溝槽排除,不會發生在溝槽內堵塞的現象。因而新型斷屑鉆獲得了比傳統鉆頭流暢許多的切削效果。同時短碎的鐵屑使冷卻液更容易流至鉆尖,進一步改善了加工過程中的散熱效果和切削性能。而且因為新增的斷屑刃穿了鉆頭的整個溝槽,經過多次修磨之后依然能夠保持其形狀和功能。除上述功能改善外,值得一提的是該設計強化了鉆體的剛性,顯著地增加了單次修磨前鉆孔的數量。

三、鉆孔精度

孔的精度主要由孔徑尺寸、位置精度、同軸度、圓度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素構成。
鉆削加工時影響被加工孔精度的因素:
①鉆頭的裝夾精度及切削條件,如刀夾、切削速度、進給量、切削液等。
②鉆頭尺寸及形狀,如鉆頭長度、刃部形狀、鉆芯形狀等。③工件形狀,如孔口側面形狀、孔口形狀、厚度、裝卡狀態等。

擴孔
擴孔是由加工中鉆頭的擺動引起的。刀夾的擺動對孔徑和孔的定位精度影響很大,因此當刀夾磨損嚴重時應及時更換新刀夾。鉆削小孔時,擺動的測量及調整均較困難,所以最好采用刃部與柄部同軸度較好的粗柄小刃徑鉆頭。使用重磨鉆頭加工時,造成孔精度下降的原因多是因為后面形狀不對稱所致??刂迫懈卟羁捎行б种瓶椎那袛U量。
孔的圓度

由于鉆頭的振動,鉆出的孔型很容易呈多邊形,孔壁上出現像來復線的紋路。常見的多邊形孔多為三角形或五邊形。產生三角形孔的原因是鉆孔時鉆頭有兩個回轉中心,它們按每間隔600交換一次的頻率振動,振動原因主要是切削抗力不平衡,當鉆頭轉動一轉后,由于加工的孔圓度不好,造成第二轉切削時抗力不平衡,再次重復上次的振動,但振動相位有一定偏移,造成在孔壁上出現來復線紋路。當鉆孔深度達到一定程度后,鉆頭刃帶棱面與孔壁的摩擦增大,振動衰減,來復線消失,圓度變好。這種孔型從縱向剖面看孔口呈漏斗型。同樣原因,切削中還可能出現五邊形、七邊形孔等。為消除該現象,除對夾頭振動、切削刃高度差、后面及刃瓣形狀不對稱等因素進行控制外,還應采取提高鉆頭剛性、提高每轉進給量、減小后角、修磨橫刃等措施。

在斜面及曲面上鉆孔

鉆頭的吃刀面或鉆透面為斜面、曲面或階梯時,定位精度較差,由于此時鉆頭為徑向單面吃刀,使刀具壽命降低。為提高定位精度,可采取以下措施:
①先鉆中心孔。
②.用立銑刀銑孔座。③選用切入性好、剛性好的鉆頭。④降低進給速度。

毛刺的處理
    鉆削加工中,在孔的入口及出口處會出現毛刺,尤其是在加工韌性大的材料及薄板時。其原因是當鉆頭快要鉆透時,被加工材料出現塑性變形,這時本應由鉆頭靠近外緣部分刃口切削的三角形部分受軸向切削力作用后變形向外側彎曲,并在鉆頭外緣倒角和刃帶棱面的作用下進一步卷曲,形成卷邊或毛邊。
四、鉆削的加工條件
    一般的鉆頭產品樣冊目錄中有按加工材料排列的《基本切削用量參考表》,用戶可參考其提供的切削用量選擇鉆削加工的切削條件。切削條件的選擇是否適當,應通過試切削,根據加工精度、加工效率、鉆頭壽命等因素綜合判斷。
1鉆頭壽命與加工效率

在滿足被加工工件技術要求的前提下,鉆頭的使用是否得當,主要應根據鉆頭使用壽命和加工效率來綜合衡量。鉆頭使用壽命的評價指標可選用切削路程;加工效率的評價指標可選用進給速度。對于高速鋼鉆頭,鉆頭使用壽命受回轉速度的影響較大,受每轉進給量的影響較小,所以可通過增大每轉進給量來提高加工效率,同時保證較長的鉆頭壽命。

但應注意:如果每轉進給量過大,切屑會增厚,造成斷屑困難,因此必須通過試切確定能順利斷屑的每轉進給量范圍。對于硬質合金鉆頭,切削刃負前角方向磨有較大倒角,每轉進給量的可選范圍比高速鋼鉆頭小,如加工中每轉進給量超過該范圍,會降低鉆頭使用壽命。由于硬質合金鉆頭的耐熱性高于高速鋼鉆頭,回轉速度對鉆頭壽命的影響甚微,因此可采用提高回轉速度的方法來提高硬質合金鉆頭的加工效率,同時保證鉆頭壽命。

2切削液的合理使用
    鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進行,因此切削液的種類及給注方式對鉆頭壽命及孔的加工精度有很大影響。切削液可分為水溶性和非水溶性兩大類。非水溶性切削液的潤滑性、浸潤性和抗粘接性較好,同時還具有防銹作用。水溶性切削液的冷卻性較好,不發煙和無可燃性。出于對環境保護的考慮,近年來水溶性切削液的使用量較大。但是,如果水溶性切削液的稀釋倍率不當或切削液變質,會大大縮短刀具使用壽命,所以使用中必須加以注意。不論是水溶性或非水溶性切削液,使用中都必須使切削液充分到達切削點,同時對切削液的流量、壓力、噴嘴數、冷卻方式(內冷或外冷)等都必須嚴格控制。
五、鉆頭的重新刃磨
鉆頭重磨判別
鉆頭需重新刃磨的判別標準為:
①切削刃刃口、橫刃、刃帶棱面的磨損量;
②被加工孔的尺寸精度及表面粗糙度;

③切屑的顏色、形狀;

④切削抗力(主軸電流、噪音、振動等間接值) ;

⑤加工數量等。實際使用中應根據具體情況,從上述指標中確定準確、方便的判別標準。

采用磨損量作為判別標準時,應找出經濟性最好的最佳重磨期。由于主要刃磨部位為頭部后面和橫刃,如鉆頭磨損量過大,刃磨耗時多,磨削量大,可重磨次數減少(刀具的總使用壽命=重磨后的刀具壽命×可重磨次數),反而會縮短鉆頭的總使用壽命;采用被加工孔的尺寸精度作為判別標準時,應用柱規或限規檢查孔的切擴量、不直度等,一旦超過控制值,應馬上重新刃磨;采用切削抗力作為判別標準時,可采用超過所設界限值(如主軸電流)立即自動停機等辦法;采用加工數量限度管理時,應綜合上述判別內容,設定判別標準。
鉆頭的刃磨方法
    重新刃磨鉆頭時,最好使用鉆頭刃磨專用機床或萬能工具磨床,這對保證鉆頭使用壽命和加工精度非常重要。如原來的鉆型加工狀態良好,可按原鉆型重磨;如原鉆型有缺陷,可按使用目的適當改進后面形狀和進行橫刃修磨。
刃磨時應注意以下幾點:

①.防止過熱,避免降低鉆頭硬度。②應將鉆頭上的損傷(尤其是刃帶棱面部位的損傷)全部除去。③鉆型應對稱。④刃磨中注意不要碰傷刃口,并應除去刃磨后的毛刺。⑤對于硬質合金鉆頭,刃磨形狀對鉆頭性能影響很大,出廠時的鉆型是經科學設計、反復試驗得出的最佳鉆型,因此重新刃磨時一般應保持原刃型。

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