钻孔技术

2018-05-25 46

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以下将介绍孔加工用的高速、高效加工用钻头，以及有利于环保的MQL加工方式。

首先介绍的是，可对钢材进行高效深孔加工的加长油孔钻，类似于曲轴斜孔加工这种对钢材进行深孔加工的工艺，可以说是孔加工中最困准的。近年来，随着高速加工的发展，刀具的硬度也大幅提高，但是在这样的深孔加工中，即使是高硬度钻头也容易发生崩刃、排屑堵塞等是使加工不稳定的因素。因此，厂商大多使用的是低进给速度的枪钻，或是使用高速钢加长钻头进行阶梯式加工。

针对这种情况，OSG新推出了对于高速深孔加工具有革命性意义的FTO-GDXL，它的特征和外观如图1所示：

图1 FTO-GDXL的外观
图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件

它的特征是可生成细小切屑，并且拥有能顺畅排屑的螺旋槽。螺旋槽的形状和横刃共同作用将切屑切碎。而且，螺旋槽有足够的空间将切屑顺畅排出。
图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图

此外，关于刀具的材质，由于钻头的切入量很长，容易发生崩刃等情况，所以采用了粉末高速钢中特别耐崩损的高级材料作为刀具的材质。TiAlN的涂层表面与以往的涂层相比，提高了光滑性，以利于顺利排屑。

下面介绍一下FTO-GDXL的切削性能。首光是高碳钢的加工案例，同传统的加工方法比较，加工效率、加工负荷、寿命等如下所示。加工条件如图3所示。需要注意的是，使用此款钻头时，导孔是必要的。

由于刀具的悬臂很长，如果没有导孔的话．钻头的切入部分会产生震动，孔的入口直径会变大，当然寿命也会降低所。所以最适合的加工条件如图3，即先用短刃型硬制合金钻头进行导孔加工。

导孔的直径为钻头直径+0.02mm～0.1mm以下．前角应等于或大于钻头的尺寸这样钻头可以从中心部开始切入，不论是寿命、精度还是安定性都比较好。

跟传统的深孔加工中被广泛使用的枪钻或高速钢加长型钻头相比，FTO-GDXL的加工效率最高是枪钻的6.5倍，是高速钢加长钻的15倍。

图5 FTO-GDXL的切削抗力图

图5是用FTO-GDXL进行加工时的切削抗力图，如图所示，在高进给的情况下图形平稳，随着孔深的增加，切削抗力并没有增加。而且排屑顺畅，并无堵塞现象。

图6表示的是进给量依次增加时的寿命。

图6 各种条件下的寿命
图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
孔数光洁度Ry[µm]孔入口孔中间孔底第1孔5.003.503.84第2孔5.165.784.70第3孔5.366.005.80第8孔4.244.943.98第9孔5.947.045.18第10孔5.143.725.40
图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度

即使是20倍直径的深孔加工，不论在何种加工条件下，加工孔数都在800孔以上(切削长度97m以上)，这是史无前例的高效率、长寿命加工案例。刀具寿命判断标准VBM为0.3。

加工过程中的孔径推移如图7所示，孔壁光洁度如图8所示。

关于孔的扩大量，孔口0.01mm以下、中间0.003mm～ 0.007mm、孔底0mm～0.004mm，这样的扩大量是非常小的。孔壁光洁度也很好，只有Ry3.50µm～Ry7.40µm，我们可以看到，用FTO-GDXL进行的是排屑顺畅、没有震动的切削加工。

像这样用加长钻头进行孔加工时，孔的垂直度是一个问题。对于这个问题，如图9所示，用FTO-GDXL加工的孔从孔口到孔底的垂直度极高。

下面介绍更深的孔加工案例，加工材质SCM415H非常易粘结，容易排屑堵塞，但FTO-GDXL加工时30倍直径一气呵成。加工条件如图10所示。

象以上的加工条件．传统型枪钻加工一个孔的加工时间为1分30秒以上．如果用FTO-GDXL的话只需要19 秒。主轴负担也很稳定，如图11所示，像这样易黏结的材料，切屑也很细小。

图9 加工过的孔的垂直度

尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
切削油：水溶性
空气压力：3MPa
导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
☆低转速插入导孔，插入后待转速达到指定转速再开始加工。加工后再降为低转速。

图10 SCM415H、30倍直径的加工条件

现在开始介绍MQL的加工案例。近年来、由于环保问题的备受关注，切削加工现场为了极力减少废弃物，越来越青睐半干式加工。其中汽车制造业对MQL加工也很关注，FTO-GDXL也能很好的进行MQL加工。下面介绍它的加工案例。

汽车制造业中，曲轴、缸体、缸盖等发动机主要的部件加工都开始采用MQL加工。这其中、曲轴上的油孔大多为10～20倍直径的深孔加工。如果用传统的加工方法进行加工，加工时间、刀具寿命、稳定性都是加工难点。

由于以上介绍的部件加工非常困难，所以主要使用的是之前介绍的枪钻和高速钢加长钻头。像这样的材质硬度高、难加工部件，可以用FTO -GDXL来进行半干式加工了。

下面是用FTO-GDXL，对S50C进行MQL加工的加工案例。首先加工条件如图12所示。
图11 SCM415H切屑图片尺寸：Ø6mm、切削材料：高炭钢S50C
切削速度：90m/min、切削量：0.2mm/r
孔深：100mm通孔(17×D)
机械：卧式M/C HSK63A
切削油：MQL
喷雾给压：0.4MPa
喷雾供给量：50cc/h
导孔尺寸：Ø6.05 钻头前角15°
导孔深度：6mm
图12 S50C的加工条件
图13 S50C MQL加工的切削耐久性

切削寿命如图13所示，并且钻头可以进行再研磨、再使用。所以再研磨性能也是决定产品价格的重要指标之一。图13是新品、再研磨、再涂层的寿命的比较图。

如上图所示，即使是MQL加工、切削长度100m、还可继续进行加工，它的寿命是非常好的。并且，经过再研磨、再涂层后，还可获得跟新品同样的切削长度。

如以上所介绍的，FTO-GDXL是可以进行高难度加工的高速深孔加工用钻头。最近、加工材质除了以上介绍的S50C、SCM415H以外，还有FC250、SCM440、SCM420H、SCr420H、SNCM439等材质，甚至是对于加工难度很大的SUS420J2、15-5PH 、SKD11(未处理过)也可以进行10～30倍直径的无停顿一次成孔加工。实际的加工条件如图14所示。切削材料尺寸切削速度切削量孔深切削油FC25OØ61200.5130MQLSCM440Ø6800.14120MQLFCD700Ø5.6600 .370MQLSCM420HØ5800.4100水溶性SCM415Ø5800.25150水溶性SNCM439Ø5.05900.275水溶性SUS420J2Ø6800.2120水溶性15-5PHØ4600.1280水溶性SKD11生Ø41500.1280水溶性SUS430Ø5800.15150油性图14 各种加工材质的加工条件

今后我们将致力于开发加工孔深更深、直径更小、速度更快，性能更好的新型钻头，并提供整体式的深孔解决方案。如果您在深孔加工中有任何疑问，OSG永远欢迎您的来电。

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