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不锈钢专用高效钻头

2018-11-15 00:00440

Wstar系列MWE(外冷式)/MWS(内冷式)型钻头是三菱公司新基本系列钻头。它对旧麻花钻在螺旋槽结构形状,主刀刃形状及其沿主刀刃前角分布进行了重大的改进,使切削动力较旧型减少15%,抗弯刚性抗扭转刚性分别提高了20%和30%,从而广泛应用于一般钢材的高效加工及深孔加工中。

后来,针对铝材加工的特点,在钻头材料、螺旋槽结构、冷却油孔数量分布等方面进行了改进,开发了MNS型铝材加工用高效钻头,使加工铝材的进给速度提高了2~5倍。然后,又针对淬硬材料加工特点,在钻头材料、螺旋角、钻芯粗细、增加导向等方面进行了改进,开发了MHS型淬硬钢加工用高效钻头。

如今,针对不锈钢加工特点,开发了MMS型钻头(中间的M指适加工不锈钢等的ISO标准的M类刀具材料)。硬质合金等作为刀具材料,按ISO标准最早基本分为以下几类 :P类用于切削形成带状切屑的钢类材料,K类用于切削形成崩碎切屑的铸铁类材料,M类介于二者之间,用于切削形成锯齿状,粒状切屑的不锈钢类等材料。

切削不锈钢时,由于形成锯齿状切屑,一般切削中的切削力会不断波动变化,特别径向切削分力变化更大,这易使加工中产生振动,故使用的机床刀具刚性应高。不锈钢切削时切屑易黏附,熔附在刀具刀尖表面上,在后续加工中这些附着物被强行冲击剥落,同时会导致与之紧密结合在一起的部分刀具材料脱落,使刀具缺损(Chipping)、破损(Broken)。

不锈钢承受切削力后,易形成加工硬化,切深边界处与加工硬化层剧烈摩擦造成边界沟状磨损。不锈钢热传导率低,故切削温度高,会造成刀具前刀面扩散磨损,副后刀面氧化磨损。故不锈钢的切削性能很差,刀具易磨损。钻削时由于径向力的大致平衡等加工特点,振动问题不突出,但热传导性更差,切屑黏附、熔附、排屑难等造成的问题突出。

常用不锈钢有若干种类,被加工性能也不同。

马氏体不锈钢以Cr为主要成分,可用热处理改变硬度。经过不同的热处理后,其机械性能变化范围很大。这类材料可耐湿气、水蒸汽等的腐蚀,强度高,应用广。但必须经1000℃以上的热处理才能达到高的机械性能。零件易产生氧化和变形。

铁素体不锈钢通常以含碳量极低的不锈钢为主要成分,用以制造耐蚀、耐海水、硫酸、硝酸等腐蚀的螺栓、螺帽、化工器具等。热处理后不会硬化,硬度在HB179以下。

奥氏体不锈钢以Cr、Ni为主要成分。Cr、Ni等元素含量多,可显着扩大一般在高温下才具有的奥氏体组织区域范围,并使它存在于常温条件下。它淬火后硬度在HB185以下。由于塑性好,极易产生加工硬化。人们常说不锈钢被切削性能差,主要就是指奥氏体不锈钢。多用在化工、原子能、食品工业等的耐腐蚀、耐热设备上。这种材料奥氏体十分稳定,经冷变形强度才能提高,故一般多用作形状较简单的零件。nextpage

沉淀硬化不锈钢是指经固溶处理、时效处理转变为马氏体的不锈钢。它与二相系不锈钢是新型不锈钢,用它们可改进上面三种不锈钢在使用上的不足。

二相系不锈钢,常用有奥氏体-马氏体不锈钢,可利用其中的奥氏体组织的冷塑性变形,制造复杂形状零件,又可通过此奥氏体在室温下容易转变为马氏体的特点,使其强度获得均匀地提高,为保证其抗蚀性,铬含量应为15%~17%,为保证其良好的焊接性,含碳量应在0.1%以下,Ni含量常为4%。

用MMS型不锈钢加工硬质合金钻头,能实现高效切削,并保证较长的钻头寿命。它在结构形状上和材料上有以下特点,如图1。

图1 MMS型不锈钢加工用钻头的结构特点

图2显示了三角形冷却液喷射孔喷出冷却液在钻头顶端流速的分布情况,这是转速在4700转/分条件下的结果。由此可知,新型喷出孔喷出流速快,流量比原圆孔高2倍以上,冷却效果好,大大提高了钻头的寿命。

图2 冷却液流速的比较

钻削加工时,切屑能否顺利排出,对生产效率影响极大。若切屑不能顺利排出,甚至堵塞在孔内,很可能造成钻头损伤、折断。由于MMS型钻头的特色刃型和槽形,切屑较短,所以可以顺利排出。

图3是在一定的切削条件下,不同切削速度、进给量时,钻头可能折断的情况。我们可以很清楚地看到,在更高的切削速度和更大的进给量条件下加工,MMS型钻头也不会折断。

图3 MMS型钻头可适应切削条件一例和切屑形状比较

将MMS型钻头应用在各类不锈钢(如奥氏体、马氏体、二相系、沉淀硬化)上,实验结果表明:它对各类不锈钢加工的效果及寿命,均远高于一般钻头。为了实现稳定地加工,推荐通过冷却孔供给高压冷却液,冷却液推荐用乳化水溶性冷却液,非水溶性冷却液使用时,切削速度应下降10%-20%。

在三菱公布的MMS型不锈钢加工用钻头应用案例中,可以清楚地看到:在加工一款奥氏体不锈钢SUS304(HB200)的医疗机械零件时,使用了钻头MMS05605DB(直径5.6mm)来加工孔深20mm的零件,最后加工效率提高了4倍左右。在加工一款材料为沉淀硬化不锈钢SUS630的纺织里维喷丝板零件的孔时,使用了MMS05005DB(直径5mm)的钻头,加工孔深30mm,进给量和进给速度比一般加工高1倍,分别达到了0.2mm/rev、815mm/min,效率比一般加工提高了2倍。

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