机夹钻头设计新思路

    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。Seco Carboloy 公司(位于美国密歇根州Warren）钻削产品经理Goran Melin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，通常包括刀具寿命、加工精度和稳定性等。刀具设计人员需要不断地在这些变量中找出最佳的解决方案。

    从Seco Carboloy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，大大扩展了应用范围。 
         
    问题是这样的：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的解决方案。据Melin先生介绍，机夹式钻头的刀片有四个切削刃，通常钻头刀体有更换40-50次刀片的使用寿命（这取决于工件材料）。因此，与整体式和焊接式钻头以及可换刀头的钻头相比，机夹钻头每个切削刃的成本显然更低。 
         
    然而，一般情况下，使用机夹式钻头钻孔时需要有一个较宽的加工公差，Melin先生说。因为这种钻头实际上具有不对称的切削刃。机夹式钻头使用两个刀片，一个刀片过中心，另一个刀片从内延伸出至整个直径。产生切削力不均匀是因为只有进给抗力并且中心刀片上的切削速度为零，而外缘刀片由于速度更高从而切除材料更有效。其结果是钻头在入口处发生刀体偏斜。 
         
      “在钻头进入整个切削之前，你必须知道这种不稳定的状态，”Melin先生说。“钻头越长，偏斜量越大。”所以对于较长的钻头，在孔加工入口处（约1mm），应把进给速度减小到推荐值的30-50%。进入全部切削时，用推荐值加工。但这一建议不受欢迎，因为操作工更愿意使用编程软件提供的标准切削用量，而不能为某一个特殊的进给量，而不必手工重新编程来获得入口处的进给量。还有，当需要长钻头只用于少量加工的情形，操作工也许愿意使用通用性好的长钻头而不采用短钻头。但这样做将降低精度和生产率。 
         
    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。而机夹式钻头只有一个切削刃，外缘刀片切除大部分金属。这将限制了切屑的有效排出和进给速度的提高。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。所以能在更高的转速（rpm）下加工。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期望的经济性，但并不能总是获得需要的精度。 
         
    为了克服以上限制因素，Seco Carboloy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： 
         
    1.他们在钻头的外缘保留更多的金属材料以抵抗切削力产生的弯曲变形。 
         
    2. 他们优化夹持方刀片的刀片座，因为90°的刀尖角，其强度本来就好。 
         
    3. 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，还有减少积屑瘤，延长钻头使用寿命和一致的表面粗糙度。 
         
    4. 钻头表面设计有高耐磨涂覆层，以防止将碎屑粘接在刀体表面和延长钻头使用寿命。 
         
    5. 通用的刀片材质等级将高硬度、细晶粒基体和镀层有机结合起来，允许使用更高的切削速度。 
         
    Melin先生说，这种新设计的机夹式钻头使得用户在许多加工（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）中获得生产率的显著提高。通过提高稳定性和改进排屑，提高孔的加工精度。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15-59mm的直径范围，钻削深度为2-5倍直径。提供多种柄部型式，包括适用于车床应用的有两个削平面的通用柄部类型等。