隨著立方氮化硼材料和優(yōu)質(zhì)現(xiàn)代陶瓷刀片的開發(fā)應(yīng)用，淬硬材料的加工能實現(xiàn)以車代磨、以銑代磨。銑削是斷續(xù)切削尾烛，以銑代磨除用CBN和陶瓷刀片外，強韌性好的超微粒硬質(zhì)合金再加表面涂覆高紅硬性優(yōu)質(zhì)涂層的刀具也能勝任加工淬硬鋼材踢周。本文介紹了三菱公司開發(fā)的MHS型淬硬模具鋼孔加工用整體硬質(zhì)合金鉆頭萤考。

國際生產(chǎn)工程研究學(xué)會(CIRP)曾有研究報告指出：“由于刀具材料的改進，刀具切削速度每隔10年提高1倍黎撤。而由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進镐刽，刀具壽命每隔10年，幾乎平均提高2倍峰抽。”在新材料研制的基礎(chǔ)上搭艺，新的刀具結(jié)構(gòu)能發(fā)揮更大的功效榛开。刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計由于空間曲面形狀紛繁，各種截面啤兆、尺寸姚锥、三維角度等處理難度大，計算和表達(dá)非常復(fù)雜桶棍。近年來由于CAE和CAD技術(shù)的不斷發(fā)展凉逛，可以切實找出切削時應(yīng)力、應(yīng)變群井、溫度分布場分布状飞，以合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，但是這樣求出的結(jié)構(gòu)形狀往往很復(fù)雜书斜，難以制作實現(xiàn)诬辈。但近年來CAM技術(shù)、模具制造技術(shù)荐吉、粉末冶金技術(shù)焙糟、五軸聯(lián)動加工、刃磨技術(shù)等進步很快样屠，以前難以實現(xiàn)的穿撮，現(xiàn)在實現(xiàn)起來比較容易。

近10年來模具工業(yè)迅速發(fā)展痪欲，作為它的使用材料悦穿，對于模具鋼一般先進行其上的導(dǎo)柱孔、注射孔、冷卻水孔及型腔的初步切削加工猎蚀，然后再進行熱處理糠牍，熱處理工序往往會使加工面和零件產(chǎn)生變形，變形部位需通過磨削等高成本竖杂、低效率的方法進行精加工卑我，以達(dá)到圖紙要求。如果能用鉆淬硬模具鋼的鉆頭雕乃，加工己淬硬型腔的立銑刀桌强，則工序可以簡化為先熱處理，后鉆孔侯旬、銑型腔浴营，達(dá)到最終加工要求。這樣可大大縮短工藝流程擂冷、提高生產(chǎn)效率磁不。

傳統(tǒng)麻花鉆的缺點

鉆孔一般采用麻花鉆，為了能在淬硬鋼上鉆出孔砂裹，首先必須要對傳統(tǒng)麻花鉆的結(jié)構(gòu)贬池、形狀進行改進。傳統(tǒng)麻花鉆的缺點為：

(1)在實體材料上鉆孔會產(chǎn)生大量切屑文黎，為排出切屑惹苗，鉆頭必須有螺旋槽，而螺旋槽會削弱鉆頭的強度耸峭。為保證鉆頭必要的強度以使鉆芯有足夠厚度支撐鉆頭工作桩蓉，槽不能做得太深、太寬劳闹，這樣在鉆頭前端必然出現(xiàn)一定寬度的橫刃院究，舊麻花鉆橫刃處的前角約為-50°。橫刃處不能正常切削玷或，而能刮擦儡首、擠壓工件，因而產(chǎn)生很大的軸向力偏友。淬硬鋼強度蔬胯、硬度高，所造成的軸向力更高位他，極難鉆入氛濒。

(2)由于螺旋槽面構(gòu)成了主刀刃的前刀面，故主刀刃各處的前角是不同的亡谭。舊麻花鉆在鉆頭外圓處前角約為30°软动，很鋒利但刀刃強度很低惧梦，易損傷;而接近橫刃處，前角約為-30°衙地，切削性能很差眶侣，消耗切削動力大。其間各點除前角外洗筛，各處切削速度也不同夷著，生成及排除切屑的條件和狀態(tài)均不相同。

(3)鉆頭鉆入后凸窖，為保證孔的直線度望星，提高孔的表面粗糙度水平和加工穩(wěn)定性，除靠自身剛性外天证，主要依靠2條刃帶構(gòu)成的副刀刃的支托導(dǎo)向浸萤。但由于刃帶的寬度很小，支托導(dǎo)向作用顯得很不足哀买，只有足夠堅實的支托和導(dǎo)向顷锰，才能保證孔的加工精度，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和鉆頭壽命亡问。

MHS系列鉆頭的改進與創(chuàng)新

三菱研制的MHS系列鉆頭在結(jié)構(gòu)上的改進與創(chuàng)新有：

(1)對鉆頭頂部進行X形修磨馍惹，使橫刃長度為0，并將構(gòu)成鉆頭后刀面的頂面磨成三重后刀面玛界，從而使鉆入時的定心和磨損后的重磨很方便。短孔可直接鉆入;深孔可先用短鉆頭鉆出1D(鉆頭直徑)孔深作為導(dǎo)孔悼吱，再用長鉆頭鉆出慎框。

(2)改進主刀刃和螺旋槽面，將主刀刃近鉆芯處設(shè)計為凹刃后添，使原來形成負(fù)前角處達(dá)到正前角笨枯，從而提高了該處的切削鋒利性和切除切屑的性能;將主刀刃近外圓處設(shè)計成凸刃，使正前角減少遇西，從而提高了該處的切刃強度馅精。主刀刃變成凹凸刃后，前刀面(螺旋槽面)構(gòu)成復(fù)雜的波浪型面粱檀，提高了排屑性能洲敢。

(3)鉆頭芯厚比一般鉆頭粗，剛性高牙饲。

(4)螺旋角比一般鉆頭小摆采，螺旋角越小，抗扭轉(zhuǎn)的強度越高舀鼎。

(5)與2個刃帶成90°选从，兩側(cè)制成寬而厚的導(dǎo)向部分呜颓。鉆削時由不穩(wěn)定的2窄刃帶支撐變成穩(wěn)定的4面支撐。設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：

·可承受徑向切削力麦咪，使支承穩(wěn)定候摹，抑制振動;加工孔直線精度高，表面粗糙度值低娄勒。

·加工穩(wěn)定她添，孔徑尺寸波動小，刀具壽命長谷庐。

·可進行斷續(xù)切削耙屹。

·可鉆深孔。帶導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)優(yōu)點很多拘绳，早已被各大刀具公司采用抗俄，如德國MAPAL的帶導(dǎo)塊精密鏜刀、精密鉸刀世舰，MILLER的鉆頭动雹，BOTEK的深孔鉆，三菱以往的超級輥光鉆頭等跟压。

基于上述結(jié)構(gòu)特點胰蝠，MHS系列鉆頭在承受軸向力時，對壓桿穩(wěn)定失效的抵抗能力比以往產(chǎn)品增強37%震蒋。

MHS系列鉆頭加工實例

MHS系列鉆頭與三菱WSTAR系列所用材料一樣茸塞，母體為超微粒硬質(zhì)合金TF15，外表涂層為用先進MIRACLE技術(shù)沉積的(Al查剖，Ti)N钾虐，材料牌號為VP15TF，如圖2所示笋庄。最適合鉆削硬度為HRC35～55的材料效扫。

1 高品質(zhì)加工實例

(1) 造成鉆孔尺寸差、精度不高的主要原因為：鉆頭抖動造成孔的擴大直砂，擴大量超過孔允許的最大值计侯，即為不合格品。故應(yīng)控制擴大量蜀梢，可控制擴大量越小傻当，鉆頭加工精度越高。MHS系列鉆頭通過結(jié)構(gòu)改進颗用，導(dǎo)向性好慌位，剛性高，切削性能好纬惶，以圖3為例子宵，孔加工擴大量小尚档，達(dá)到7級精度。這相當(dāng)于一般鉆孔后再加一道初鉸工序彪性。本例加工孔的長徑比L/D=70/5=14彩梅。

·切削條件。工件材料：DH31S(合金工具鋼);硬度：HRC48～50;鉆頭：MHS0500L090B(φ5mm);加工孔深：70mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r(一次進給);進給速度：191mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機床：立式加工中心稍记。

·導(dǎo)孔切削條件巩恼。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r。

(2)鉆孔后靠抑，表面粗糙度是加工品質(zhì)評定標(biāo)準(zhǔn)之一量九。由于結(jié)構(gòu)改進，振動得到抑制颂碧，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對加工壁面尚有一定擠壓輥光作用荠列。以圖4為例，加工后表面粗糙度值為1.743μm载城，此值一般需鉆后再經(jīng)初鉸和精鉸才能達(dá)到肌似。

· 切削條件。工件材料：SKD11;硬度：HRC48～50;鉆頭：MHS0500L120B(φ5mm);加工孔深：100mm(通孔);切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.10mm/r(一次進給);進給速度：127mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機床：立式加工中心诉瓦。

·導(dǎo)孔切削條件川队。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.10mm/r。

2 高速高效加工實例

本例工件材料硬度HRC40睬澡，雖較前面2例低固额，但以前面2例2～4倍的切削速度高效加工，在不同進給量條件下煞聪，取得滿意的結(jié)果对雪。圖5為實攝其切屑圖。切屑生成形態(tài)良好证摩，可穩(wěn)定高效切削。

· 切削條件若战。工件材料：CENA1(塑料成型用模具鋼);硬度：HRC40;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm;切削速度：60m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r(一次進給);進給速度：477mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機床：立式加工中心诡亥。

·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：60m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r瞪澈。

3 MHS系列鉆頭加工不同工件材料切削性能實例

這里按硬度由低到高描述各類材料的加工結(jié)果卑裹。鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)一般按后刀面VB值來衡量，通常VB值設(shè)定為0.2～0.3mm脓额。磨損達(dá)到此高度后蜒媳，不應(yīng)繼續(xù)使用，必須重磨搬混。在各示例中古贡，還顯示了不同切削速度和進給量條件下切屑形態(tài)那捍、動力波形變化和刀刃磨損情況。

(1)鉻合金不銹鋼STAVX(HRC33)實例

在本例切削條件下签党，加工到180個孔后槐滔，VB值僅達(dá)到0.05mm，僅為規(guī)定值的1/4谒所，故可加工多個孔后重磨热康。為此時主后面、前刀面劣领、副后面的磨損狀況姐军，由圖可知能持續(xù)使用。

·切削條件尖淘。工件材料：STAVAX(鉻合金不銹鋼);硬度：HRC33;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm(通孔);冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻)奕锌。

·壽命試驗條件。切削速度：40m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r(一次進給);進給速度：318mm/min德澈。

·導(dǎo)孔切削條件歇攻。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深： 6mm;切削速度：40m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r。

(2)壓鑄模具鋼DAC55(HRC45)實例梆造。

在本例切削條件下缴守，加工到120個孔后，VB值僅達(dá)到0.1mm镇辉，為規(guī)定值的1/2屡穗，尚可繼續(xù)加工。

·切削條件娶恕。工件材料：DAC55(壓鑄模具鋼);硬度：HRC45;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻)揖漫。

·壽命試驗條件。切削速度：30m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.10mm/r(一次進給);進給速度：159mm/min篓释。

·導(dǎo)孔切削條件垄坡。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：30m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.1mm/r。

(3)合金工具鋼DH313(HRC50)實例采璧。

本例工件材料硬度較高琼葫，達(dá)HRC50，故鉆頭磨損較上2例快馋顶。加工100個孔后已達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)蚯巍，重磨后才能繼續(xù)加工媚哪。但這樣高的硬度婴削，能加工到100個孔已屬不易甥厦。另外贤丐，加工到100個孔時八匠，右切削刃雖出現(xiàn)較大磨損崎淳，但切削動力波形始終穩(wěn)定蝇裤。說明切削過程是穩(wěn)定的掷漱。

· 切削條件。工件材料：DH31S(合金工具鋼);硬度：HRC50;鉆頭：MHS0500L090B(φ5mm);加工孔深：70mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.15mm/r(一次進給);進給速度：191mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機床：立式加工中心舷夺。

·導(dǎo)孔切削條件苦酱。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;進給量：0.15mm/r。

(4) 模具鋼SKD11(HRC55)给猾。

本示例工件材料硬度高達(dá)HRC55疫萤，一般專為加工淬硬鋼開發(fā)的鉆頭約可鉆5個孔，MHS鉆頭可加工20個孔敢伸。照片顯示鉆完5個孔后扯饶，MHS型鉆頭磨損很少，可繼續(xù)加工池颈。

· 切削條件尾序。工件材料：SKD11;硬度：HRC55;鉆頭：MHS0600L120B(φ6mm);加工孔深：95mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.05mm/r(一次進給);進給速度：53mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機床：立式加工中心。

·導(dǎo)孔切削條件躯砰。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進給量：0.05mm/r每币。

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