走近孔加工的挑战

2019-03-28 23

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许多可转位刀片钻头的问题在于它们是由两个刀片的切削刃交叠而生成正确的切削直径。所以即使钻头有两个排屑槽，刀片的功能是形成一个单刃但不对称的切削刃。这种设计在本质上是不平衡的。因此，可转位钻头必须在进入切削时放慢进给量和速度，迫使用户在经济性和生产率之间进行权衡。

不平衡的切入过程的另一问题是孔的精度。典型地，可转位钻头的中心刀片首先切入。这会产生很大的径向切削力，容易引起钻杆偏斜。一旦钻头偏离中心，它不能加工出精度高的孔。

正因为这些原因，可转位钻头通常局限于孔的粗加工。当孔的公差要求小于0.012到0.016英寸时，有必要在可转位钻头之后增加一道加工。

近来，几家刀具制造商已经再次检查可转位刀片钻头，寻求克服他们的设计中固有的切削力不平衡的缺点的方法。这些产品系列中最近的研发之一是Sandvik Coromant公司(Fair Lawn, New Jersey)推出的CoroDrill 880。据Sandvik产品专家Bruce Carter介绍，这种可转位钻头的设计回避了由不平衡的切削力产生的问题，因此提高了生产率和孔的质量，同时保持了刀片有四个可用切削刃的经济性。

其中的关键是该公司称作“分步技术”的概念。这个短语描述了刀片上切削刃“逐步”地进入工件，据说大大地降低与过去的可转位钻头相关联的径向切削力。这个概念涉及两种不同几何角度的刀片和不同的切削特性。中心刀片具有一种明显的不规则切削刃形状，而外缘刀片结合了一种修光刃槽型。

图示为两个刀片之间以及与钻头中心之间的相对位置。数字表示刀片切削刃上的部位进入工件材料的先后次序。

在进入工件的第一步中，中心刀片的外角接触工件。这使得钻头以相对较低的径向力开始切削，钻杆的偏斜最小化。在第二步中，外缘刀片的外角接触工件。这平衡了中心刀片产生的力。在第三步也即最后一步中，中心刀片的剩余部分开始切削。所有这三步均在(右面的)插图中表明了。

Carter先生说，通过把切入过程分成三个相对较小的步幅，切削力减少到小于那些典型刀片钻头加工所产生切削力的一半，而且切削力相互之间的平衡导致入口处的钻杆偏斜实际上被消除了。平衡的钻入过程、较低的径向切削力和偏斜量最小化的组合有如下的好处：

孔的精度更高。
进给量有提高到100%的可行性，取决于工件材料。
在钻削孔深达直径四倍或更多倍时更有信心。
消除后续孔加工需求的可能性，取决于精度要求。

提到的另一个好处是该设计使得外缘刀片有四个完全可用的切削刃。如果进给量高于0.005ipr(本站注：约0.13mm/r)，某些装有方刀片的可转位钻头会损失第四个切削刃。可是有了分步技术，与众不同的中心刀片形状可在进给量高达0.013ipr(本站注：约0.33mm/r)时仍能保护第四个切削刃。

最后Carter先生指出，外缘刀片上使用的修光刃技术能生成极佳的表面粗糙度，有了这种新设计即使进给量更高也是如此。在试验中，在进给量为0.004ipr(本站注：约0.1mm/r)时表面粗糙度可达到20微英寸(1微英寸等于1英寸的百万分之一，即表面粗糙度可达到0.5µm)；而进给量高达时表面粗糙度可达80到120微英寸(约2～3µm)。

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