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机夹式钻头的新设计思路具有可行性 |
2009-05-05 |
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孔加工刀具的设计是一个需对许多技术难题进行相互协调的复杂过程。SecoCarboloy公司(位于美国密歇根州Warren)钻削产品经理GoranMelin说，“往往是某一方面的技术难题得到解决，必然会在另一方面产生新问题。”这些需要协调的诸多方面，通常包括刀具使用寿命、加工精度和加工过程的稳定性等。刀具设计师需要不断地在这些问题的矛盾变化中找出最佳的解决方案。
从SecoCarboloy公司最新生产的PerfoMax机夹式钻头系列产品的设计过程，可看出以上的认识是正确的。通过对许多技术难题进行相互协调，设计出的新型机加式钻头，大大扩展了加工范围。
在新型机夹式钻头设计中经历了一个这样的协调过程：在许多用于孔加工刀具的选择中，机夹式钻头通常是低成本加工的较好解决方案。据Melin先生介绍，机夹式钻头一般将刀片设计出四个切削刃，它可以根据加工材料不同，选择不同材料和几何形状的刀片。通常情况下，钻头刀体有更换40-50次刀片的使用寿命。所以，与整体式和焊接式钻头以及可换头部的硬质合金钻头相比，极大地减少了每个钻头的生产成本。
然而，一般情况下，使用机夹式钻头钻孔的用户，都希望有一个较宽的加工公差，Melin先生说。因为高效率钻头通常都设计成一种不对称的切削刃。机夹式钻头使用两个刀片的结构时，一个刀片通过刀具中心，另一个刀片从内延伸出至整个直径。刀具的外径处刀片，由于切削速度高，能有效地切除很大余量，而刀具中心处刀片的切削速度等于零，不能参加切削，因此在钻头上实际只主要在进给方向作用一个很不均匀的轴向切削力。其结果，由于径向切削力不足，摩擦阻力太大，引起刀体的弯曲变形。
“在钻头进入整个切削之前，你能感觉到不稳定状态，”Melin先生说。“钻头越长，其加工状态越不稳定。”所以在使用加长钻头时，用户在孔加工开始(约1mm)，应把进给速度减小到切削手册推荐值的30-50%。进入全部切削时，用切削手册推荐值加工。这一建议，确实是很不合理的。因为在编程软件中，一般选用标准切削用量，而不能为某一个特殊的进给量，另外采用手工重新汇编加工程序。加之加长钻头只用于极个别的情况，所以一般只有选用标准钻头的切削用量。但这样作的结果，将降低零件加工精度和生产效率。
通过分析比较，麻花钻和整体硬质合金钻头，均有两个切削刃，能在加工中平衡地分离切屑，促使切屑容易排除和提高钻头切削速度。而机夹式钻头(如前所述)主要是一个切削刃进行切削(指包括有机械夹紧过程中人为造成装配误差因素存在)，且只有远离刀具中心的刀片，才能有效地切除许多金属。这将限制了切屑的有效排除和进给速度的提高。但是它不会产生很大的摩擦力，因为它没有麻花钻头特有的较宽刃带。所以能在高切削速度下加工(相对麻花钻)。但遗憾的是，在使用机夹式钻头长度超过4倍直径，尤其在选择大进给量切削时，钻头的变形就成为需要主要解决的技术难题。因为这些原因，机夹式钻头多被用于扩孔和尺寸公差要求在0.008英寸的半精加工场合。所以说，使用机夹式钻头能达到用户期望的经济性加工，但它不能进行更高精度的加工。
为了克服以上限制因素，SecoCarboloy公司工程师在设计新型机夹式钻头中，着重进行了以下五方面的改进工作：
为防止高速、高进给速度切削时产生的弯曲变形，尽可能加大钻体直径，以保留更多的金属材料(针对机夹式钻头原刀体外圆与钻头外径间空隙太大的通用结构)。
刀片全部设计成刚性好的长方体结构，在钻体上铣出相应尺寸的深槽形状。因为将刀片设计成90°的圆角，强度、刚度都好(针对机夹式钻头原刀片多为三角形、正方形、厚度不大结构和机械式螺丝夹紧等因素综合作用下的刚性很差)。
钻头设计有两个冷却液通入孔和两个有足够空间的稍带倾斜的排屑槽。以使钻头切削区得到足够的降温冷却和有效排屑，还有减少切屑瘤，延长钻头使用寿命和降低加工零件的表面粗糙度。
钻头表面设计有一高耐磨涂覆层，以防止将粹屑粘接在刀体表面和延长钻头使用寿命。
将钻头设计成在高硬度，细晶粒基体上涂覆能在高切削速度下切削的新型涂覆层，能用于加工各种材料制成的零件。
Melin先生说，新设计的机夹式钻头的刚性提高、冷却散热效果好、钻头的排屑性能和切削稳定性大大增强。所以能在许多加工中，提高生产效率和零件加工精度。包括能对深孔零件、在刚性较差的夹具上加工和对薄壁零件加工等。加之原来固有的低加工成本优点，因而很受用户青睐。
目前新型机夹式钻头生产的规格有0.594-2.375英寸的直径范围，钻削深度为2-5倍直径。钻头柄部按标准生产出各种规格，包括有四个平面的用于车床的通用型柄部等。
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