引言
目前奏瞬,可用于高速加工的刀具產品越來越多孩砸。高速加工意味著高切削速度和高切削效率潜路。在鑄鐵的車削加工中溃登,切削速度已可達到1000m/min久挖。在鉆削加工領域,雖然硬質含金鉆頭的使用已相當普遍犬捧,但高速鋼鉆頭仍占有較大份額歹对。就切削速度而言,鉆削加工仍明顯落后于車削和銑削加工强重, 其原因是鉆削加工中存在一些尚待解決的技術難題绞呈,其中最重要的環(huán)節(jié)就是排屑。
在鉆削過程中间景,切屑要從鉆頭本身鉆出的孔中排出佃声,這樣,在鉆頭體中至少需要安排一條排屑槽倘要,而排屑槽與孔壁包圍的窄小空間就成為排屑通道圾亏。由于切屑形狀及大小等原因,切屑常常會堵塞和滯留在排屑槽中封拧,切屑堵塞對切削刃產生極大的瞬時沖擊力志鹃,極易使切削刃損壞.為此,鉆頭必須選用高韌性材料制造,這也是高速鋼鉆頭仍占有較大份額的原因曹铃。因此缰趋,要實現(xiàn)高速鉆削,就必須改進鉆頭的排屑性能铛只,提高加工的可靠性贵本,這樣才能使更多的高硬耐磨材料可用于制作可轉位鉆頭,從而大幅度提高鉆削速度尸校。
京瓷公司(Kyocera)通過對切屑控制問題的潛心研究穴愕,于四年前開發(fā)出一種稱為“魔鉆”(Magic Drill)的可轉位鉆頭。由于該鉆頭可顯著改善排屑狀況替程,提高鉆削效率渗蜀,因此在市場上獲得了較高聲譽。
一般可轉位鉆頭的切削刃包括內刃和外刃撕陈,“魔鉆”也是如此(見圖1)历喊。但“魔鉆”的外刃設計為階梯形,可起分屑作用生凯,使切屑寬度變窄法竭,從而可避免較大切屑堵塞排屑槽,改進和優(yōu)化了排屑性能啥葡,且在高速鉆削時同樣可保持性能穩(wěn)定蚣殴。
“魔鉆”特殊的切削刃幾何形狀可降低高速鉆削時的振動,防止鉆頭體彎曲政模,并改進了直線鉆削性能岗宣。此外,由于減小了切屑對孔壁的擠壓淋样,因此可獲得良好的加工表面質量(見圖2)耗式,這也是“魔鉆”的重要優(yōu)點之一。
圖3所示為在45°斜面鉆削時孔壁表面粗糙度的檢測結果趁猴】龋“魔鉆”的加工表面粗糙度值僅為普通可轉位鉆頭A的1/3±芩荆“魔鉆”的這種特性使得在凹面或凸面估削時也能獲得穩(wěn)定的鉆削效果芦缰,同時它還可減少預加工量,提高生產效率枫慷。
隨著高效率可轉位鉆頭的日益普及弹噩,硬質合金刀片在鉆削中的應用將越來越廣泛每竿。但可轉位鉆頭的推廣應用仍有許多問題需要解決,如長徑比L/D>5的深孔鉆削国赫、小孔鉆削等塞俗;同時還需要繼續(xù)研究與開發(fā)新的高強度刀具材料。但無論如何勉窟,可轉位鉆頭都將成為高速皱埋、高效鉆削的主流刀具。
工件材料:碳鋼S50C 刀具規(guī)格:f20-3D 切削條件: v=150m/min,f=0.05mm/r, 冷卻液 圖3 45°斜面鉆削時孔壁表面粗糙度檢測結果 | |
工件材料:碳鋼S45C 刀具規(guī)格:f20-3D 切削條件: v=120m/min,f=0.08mm/r, 冷卻液 圖2“魔鉆”加工表面狀況 |
2“魔鉆”的性能特點
工件材料:軋制鋼SS400 刀具規(guī)格:f34-4D 切削條件: v=160m/min,f=0.07mm/r, 內冷卻 圖4 斜面鉆削 |
工件材料:球墨鑄鐵FCD600 刀具規(guī)格:f26-3D 切削條件: v=80m/min,f=0.25mm/r, 外冷卻 圖5 球墨鑄鐵的鉆削 |
工件材料:碳鋼S25C 刀具規(guī)格:f18-3D 切削條件: v=120m/min,f=0.1mm/r, 內冷卻 圖6 懸伸工件的鉆削 |
工件材料:碳鋼S45C 刀具規(guī)格:f26-3D 切削條件: v=80m/min,f=0.12mm/r, 無冷卻 圖7 半孔的連續(xù)鉆削 |
圖8 凹端工件的加工 |
3 “魔鉆”的加工實例
- 斜面鉆削(見圖4)
- 使用常規(guī)整體鉆頭或可轉位鉆頭鉆制斜面時由于定位不穩(wěn)让蕾,易使鉆頭體彎曲,導致刀具損壞或听。如使用立銑刀加工探孝,時間長笋婿,效率低。使用“魔鉆”加工迈堂,在長徑比L/D=4的情況下切削平穩(wěn)列啃,可大大節(jié)約加工時間。
- 在斜面鉆削的斷續(xù)鉆削階段耀佣,可將進給率降低到0.05~0.07mm/r屉馋。以保證鉆削平穩(wěn),從斷續(xù)鉆削階段進入連續(xù)鉆削階段后钳雄,則可根據(jù)排展情況加大進給量伶段。
- 使用常規(guī)整體鉆頭或可轉位鉆頭鉆制斜面時由于定位不穩(wěn)让蕾,易使鉆頭體彎曲,導致刀具損壞或听。如使用立銑刀加工探孝,時間長笋婿,效率低。使用“魔鉆”加工迈堂,在長徑比L/D=4的情況下切削平穩(wěn)列啃,可大大節(jié)約加工時間。
- 球墨鑄鐵(FCD600)的鉆削(見圖5)
- 使用常規(guī)整體高質鋼鉆頭鉆削球墨鑄鐵FCD600時,切削速度20m/min匀枪,進給量0.3mm/r汞坚。使用“魔鉆”時則可將切削速度提高到80m/min,總生產效率可提高3倍以上凿栅。此外梦立,“魔鉆”的加工表面質量明顯優(yōu)于普通鉆頭,可省略精加工工序涝露。加工球墨鑄鐵時港遇,刀具磨損較快。切削速度推薦為80~100m/min参咙。綜合考慮刀具壽命和生產效率冰更,進給率不應過低,如孔徑D>20mm昂勒,“魔鉆”的進給率推薦為0.15-0.25mm/r。
- 使用常規(guī)整體高質鋼鉆頭鉆削球墨鑄鐵FCD600時,切削速度20m/min匀枪,進給量0.3mm/r汞坚。使用“魔鉆”時則可將切削速度提高到80m/min,總生產效率可提高3倍以上凿栅。此外梦立,“魔鉆”的加工表面質量明顯優(yōu)于普通鉆頭,可省略精加工工序涝露。加工球墨鑄鐵時港遇,刀具磨損較快。切削速度推薦為80~100m/min参咙。綜合考慮刀具壽命和生產效率冰更,進給率不應過低,如孔徑D>20mm昂勒,“魔鉆”的進給率推薦為0.15-0.25mm/r。
- 懸伸工件的鉆削(見圖6)
- 使用常規(guī)高速鋼鉆頭鉆削時(v=40m/min, f=0.3mm/r舟铜,外冷卻)戈盈,由于工件懸伸較長,鉆頭鉆入時工件和鉆頭均發(fā)生彎曲現(xiàn)象谆刨,因此需預鉆中心孔塘娶。使用“魔鉆”鉆削時則無需預鉆中心孔,且鉆削噪聲和表面粗糙度均有所改善痊夭。由于鉆制此類工件過程中工件和鉆頭容易發(fā)生彎曲(尤其在鉆頭鉆入時)刁岸,為降低工件彎曲程度,在鉆入工件1-2mm時需降低進給率她我。
- 使用常規(guī)高速鋼鉆頭鉆削時(v=40m/min, f=0.3mm/r舟铜,外冷卻)戈盈,由于工件懸伸較長,鉆頭鉆入時工件和鉆頭均發(fā)生彎曲現(xiàn)象谆刨,因此需預鉆中心孔塘娶。使用“魔鉆”鉆削時則無需預鉆中心孔,且鉆削噪聲和表面粗糙度均有所改善痊夭。由于鉆制此類工件過程中工件和鉆頭容易發(fā)生彎曲(尤其在鉆頭鉆入時)刁岸,為降低工件彎曲程度,在鉆入工件1-2mm時需降低進給率她我。
- 模具鋼(SK61)的深孔鉆削
- 用長徑比L/D=6的長桿鉆頭鉆削孔徑為28mm虹曙、深度為140mm的SK61模具鋼工件時,使用“魔鉆”的加工效率可比使用整體式鉆頭提高3倍以上番舆。
- 使用長桿鉆頭加工時露您,鉆入工件時鉆頭容易偏移,防止措施是鉆頭鉆入時略為降低進給率。
- 用長徑比L/D=6的長桿鉆頭鉆削孔徑為28mm虹曙、深度為140mm的SK61模具鋼工件時,使用“魔鉆”的加工效率可比使用整體式鉆頭提高3倍以上番舆。
- 半孔的連續(xù)鉆削(見圖7)
- 使用f26鉆頭烙欧,以12.3mm的孔距連續(xù)粗鉆槽(鉆半孔很洽,孔深13.5mm)。由于鉆頭極易發(fā)生偏移耙侵,這種加工對于整體式鉆頭或常規(guī)可轉位鉆頭均非常困難川痛。使用“魔鉆”則可成功完成這一加工,其效果與斜面鉆削一樣好宝庵。對于半孔的連續(xù)鉆削都炮,當孔距小于半徑時,鉆削穩(wěn)定性將有所提高逞扰。
4 “魔鉆”的使用要點
- 排屑控制
- 當加工粘性材料(如低碳鋼)時诉鸯,應特別注意排屑控制,如選用的切削速度過低唾浙,容易導致切屑不易切斷躬挺,排屑性能變差。加工粘性材料時推薦的切削速度為150~250m/min蛮放。
- 一般來說(不僅局限于加工粘性材料), 如果切削速度過低缩抡,切屑的產生速度也隨之降低,會導致排屑困難包颁。為便于然屬控制瞻想,除某些特殊材料外,選用切削速度至少需在80m/min以上娩嚼。
- 當加工粘性材料(如低碳鋼)時诉鸯,應特別注意排屑控制,如選用的切削速度過低唾浙,容易導致切屑不易切斷躬挺,排屑性能變差。加工粘性材料時推薦的切削速度為150~250m/min蛮放。
- 振動控制
- 當切削速度提高時蘑险,容易產主振動。這將對加工表面粗糙度和切削刃的可靠性造成較大地影響岳悟。選用長徑比(L/D)較小的刀具可有效防止振動佃迄。
- 當切削速度提高時蘑险,容易產主振動。這將對加工表面粗糙度和切削刃的可靠性造成較大地影響岳悟。選用長徑比(L/D)較小的刀具可有效防止振動佃迄。
- 對經過預鉆(或預鏜)孔的加工
- 由于可轉位鉆頭具有內刃和外刃,因此對經過預鉆或預鏜的孔的鉆削相當困難贵少,這是因為內刃和外刃的切削阻力不易平衡呵俏,易使鉆頭體隨之偏移而產生振動。這時應根據(jù)具體工況適當降低送給率滔灶;如果決定選用可轉讓鉆頭進行加工普碎,則最好不作預鉆或預鏜加工。
- 加工如圖8所示工件時拿翠,因工件兩端皆內凹陡顶,應選用長徑比(L/D)較小的鉆頭,且應根據(jù)加工情況在入刀和出刀時適當降低進給率允合。
- 由于可轉位鉆頭具有內刃和外刃,因此對經過預鉆或預鏜的孔的鉆削相當困難贵少,這是因為內刃和外刃的切削阻力不易平衡呵俏,易使鉆頭體隨之偏移而產生振動。這時應根據(jù)具體工況適當降低送給率滔灶;如果決定選用可轉讓鉆頭進行加工普碎,則最好不作預鉆或預鏜加工。
5 結語
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