直徑小于3.175mm的鉆頭,通常稱為微鉆。要使微鉆在使用中發(fā)揮率,必須考慮一系列因素:如鉆頭本身的各項(xiàng)要素、加工參數(shù)、孔深、安裝的完善性及工件的結(jié)構(gòu)等。要把這些相互影響又對(duì)鉆削過(guò)程十分敏感的因素處理好,需要有科學(xué)的創(chuàng)新精神。 Guhring(美國(guó))公司的市場(chǎng)部Mark Megal說(shuō):“在很多場(chǎng)合,使用微鉆你得邊琢磨邊干。” 盡管目前工具制造商已經(jīng)在微鉆的材料和幾何參數(shù)方面完成了很多開(kāi)發(fā),不需要每件事都從頭試驗(yàn),但是要把鉆削過(guò)程中諸多因素都加以很好控制,仍然不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作。微鉆的長(zhǎng)徑比顯著加大*,鉆頭的長(zhǎng)度和直徑之比越大,其彎曲傾向增加。減小長(zhǎng)徑比,可以減小撓曲力,從而避免鉆頭折斷和孔徑誤差加大。較深的孔要求鉆頭有較大的長(zhǎng)徑比。
通??咨畛^(guò)3倍直徑就是“深孔”,而微鉆的孔深一般都要超過(guò)這個(gè)限度。如直徑為3.175mm的鉆頭加工孔深31.75mm的孔,長(zhǎng)徑比達(dá)10:1;而直徑為0.508mm的鉆頭加工孔深25.4mm的孔,其長(zhǎng)徑比達(dá)到50:1。所以,隨著鉆頭直徑減小和脆性的增加,撓曲便成為產(chǎn)生很多問(wèn)題的根源。而控制鉆頭的脆性,就要在刀具基體的硬度和韌性之間加以權(quán)衡。一般說(shuō)來(lái),高速鋼鉆頭容許有一定的撓度并能承受相應(yīng)的彎曲力,但是,高速鋼具有的這種彈性變形能力和較低的硬度,也使其耐磨性降低,從而限制了刀具的壽命。而硬質(zhì)合金則具有高剛性和高硬度,所以能使刀具壽命較長(zhǎng)、加工精度較高。 M.A.Ford制造公司的鉆削生產(chǎn)部Joe Kueter指出,硬質(zhì)合金的高耐磨性使其制成微鉆后速度達(dá)到高速鋼的3倍,且壽命也能提高;同時(shí),硬質(zhì)合金的高剛性有助于正確定位和保持孔的尺寸。
然而,硬質(zhì)合金也不是的,剛性高會(huì)使其容易崩裂。 Guhring公司的現(xiàn)場(chǎng)銷(xiāo)售工程師Peter Jones指出,用M35鈷高速鋼做微型鉆頭,可以在硬質(zhì)合金和普通高速鋼(M2、M7)之間取得較好的折衷。他說(shuō):“切削時(shí)在孔中產(chǎn)生熱,加上刀具的輾壓,使切削刃變鈍,并劃出溝道,zui終導(dǎo)致工具損壞。而較高的含鈷量,使M35的抗熱性增加,并能較長(zhǎng)時(shí)間保持刀刃鋒利?!?此外,硬質(zhì)合金鉆頭需要仔細(xì)地安裝和使用,的同心度特別重要,因?yàn)椴煌脑斐傻膫?cè)向負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致鉆頭崩裂。三菱金屬材料(美國(guó))公司的銑削和鉆削部生產(chǎn)Larry Brenner建議:應(yīng)盡量在鉆頭旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如加工中心)上使用微鉆,他指出,加工中心的主軸能給予鉆頭正確的中心線定位,而車(chē)床上工件的偏心會(huì)導(dǎo)致鉆頭撓曲。因此,假如在車(chē)床上使用微鉆,則必須把每個(gè)影響同心度的因素事先調(diào)整好,特別對(duì)硬質(zhì)合金鉆頭更要注意,因其不能適應(yīng)彎曲變形。假如在車(chē)床上使用微鉆,把刀具轉(zhuǎn)塔的安裝孔重新鏜一刀,并且使用可調(diào)式鏜孔刀夾,以便把鉆頭和工件的同心度調(diào)至*狀態(tài)。
Brenner進(jìn)一步指出,要把刀夾的跳動(dòng)降至zui小限度。為此,應(yīng)熱縮性刀夾,其次是液壓刀夾。要求刀夾套筒端面處的zui大跳動(dòng)值在0.005~0.0076mm范圍內(nèi)。消除初始定心誤差任何鉆頭工作時(shí),開(kāi)始幾轉(zhuǎn)至關(guān)重要。因?yàn)殚_(kāi)始切削時(shí),鉆頭承受偏心力。此外,工件表面的不規(guī)則形狀會(huì)引起橫向滑步,導(dǎo)致刀具彎曲、折斷,或者至少是增大孔的偏差。對(duì)于直徑3mm以下的鉆頭,三菱公司建議先用剛性好的定心鉆打一個(gè)深度為1~2倍直徑的初始孔。定心鉆的鉆尖頂角應(yīng)等于或大于zui終鉆孔的微鉆頂角。若定心鉆的頂角較小,則隨后微鉆切入時(shí),兩切削刃比*先接觸工件,容易引起崩刃。如果不用定心鉆,則可采用這樣的方法:使微鉆開(kāi)始切入時(shí)的進(jìn)給量遠(yuǎn)低于隨后的正常進(jìn)給量。例如鉆頭直徑1.613mm,孔深12.7mm,正常進(jìn)給量規(guī)定為0.0508mm/r,開(kāi)始用0.0127mm/r的進(jìn)給量推進(jìn)0.254mm,也可推進(jìn)到刃帶開(kāi)始接觸工件,然后再轉(zhuǎn)為正常進(jìn)給。這種辦法同樣可防止鉆頭滑步。 Brenner指出,微鉆使用中的另一挑戰(zhàn)是要盡量提高轉(zhuǎn)速,以發(fā)揮生產(chǎn)潛力,但就zui大轉(zhuǎn)速規(guī)范而言,鉆頭往往走在機(jī)床的前面。有的機(jī)床在其zui高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,仍未達(dá)到微鉆的*切削速度。例如直徑為1mm的鉆頭,切削速度達(dá)到91.44m/min,要求機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到28000r/min。被加工材料的硬度,對(duì)于確定微鉆切削速度和進(jìn)給量的初始推薦值有很大影響。
例如,M.A.Ford公司推薦:用直徑為1.32mm的整體硬質(zhì)合金鉆頭加工1018低碳鋼(20HRC)時(shí),其切削速度選用91.44m/min,進(jìn)給量選用0.038mm/r。但是該鉆頭加工塑料和合成材料時(shí),切削速度可達(dá)198.12m/min,進(jìn)給量達(dá)0.127mm/r。加工難加工材料(如鎳基合金、鈦合金)時(shí),切削速度僅為15.24~18.29m/min,進(jìn)給量?jī)H為0.0305mm/r。分步鉆孔序列通常,鉆削微型深孔采用分步鉆孔序列,即周期性退出鉆頭,以便折斷切屑,防止堵塞。分步鉆孔也有助于防止在孔底持續(xù)擠壓,這一點(diǎn)在加工冷作硬化材料時(shí)尤為重要。 Brenner指出,一般認(rèn)為分步切削就得把鉆頭*退出來(lái),其實(shí)不然。若采用中斷進(jìn)給(幾轉(zhuǎn)或短時(shí)),同樣可以斷屑。另外,*退出鉆頭還易產(chǎn)生喇叭口以及將部分切屑留在孔內(nèi),所以不得不對(duì)其再切削。這些情況都是不希望出現(xiàn)的。許多問(wèn)題往往發(fā)生在鉆孔深度的zui后20%這一段內(nèi)。Brenner指出,這是因?yàn)殡S著孔的逐漸加深、切屑排出十分困難的原因所致。具體的解決辦法因工件及材料的狀況而異。應(yīng)用工程師應(yīng)按具體情況確定分步切削方案。談到加工線路板的微鉆,雖然從鉆頭材質(zhì)和直徑大小來(lái)看,同設(shè)計(jì)用于加工韌性材料的微鉆十分相似,但是,兩者的切削幾何參數(shù)卻有很大差異。
M.A.Ford公司的Kueter指出,雖然經(jīng)過(guò)仔細(xì)安裝調(diào)試,線路板鉆頭也可用于加工較硬的材料,但Ford公司一般不這么做,寧肯精心制備適用于韌性工件材料的專(zhuān)門(mén)鉆頭。一個(gè)重要的方向是盡量縮短槽長(zhǎng),以提高鉆頭的強(qiáng)度。Kueter還特別說(shuō)明,用戶要求鉆削25.4mm的深孔,但我們提供的鉆頭槽長(zhǎng)不一定要達(dá)到25.4mm,一般提供槽長(zhǎng)為9.525mm或12.7mm的鉆頭即可。 Kueter指出,有些線路板鉆頭制成所謂“階梯式柄部?!崩?,一支直徑為0.1524mm的鉆頭,鉆削孔深為1.524mm,槽全長(zhǎng)也制成1.524mm,但鉆頭工作部分直徑不直接從槽尾連接到直徑3.175mm的柄部,而是通過(guò)一個(gè)0.762mm中間直徑加以過(guò)渡。對(duì)此Kueter認(rèn)為,鉆削韌性材料時(shí),鉆頭伸出長(zhǎng)度應(yīng)盡量短,所以加一段過(guò)渡直徑的結(jié)構(gòu)是不可取的。 Kueter還指出,從幾何參數(shù)的角度來(lái)看,線路板鉆頭通常采用較大的螺旋角,溝槽截面尺寸也較其它微鉆薄。而對(duì)于加工不銹鋼和其它難加工材料的微鉆,則采用較小的螺旋角和較厚的溝槽截面尺寸。他還指出,為了減小微鉆上的應(yīng)力,制成倒錐——直徑向柄部方向減小——是十分必要的。倒錐量一般為0.005~0.127mm。因?yàn)殂@頭槽長(zhǎng)常小于25.4mm,所以每25.4mm長(zhǎng)度上的倒錐通常為0.0127~0.0254mm。Kueter強(qiáng)調(diào),只要鉆孔有深度,就需要倒錐度。特別是對(duì)鈦合金等加工中出現(xiàn)“回縮”的材料,若沒(méi)有適當(dāng)?shù)牡瑰F度,鉆頭將被膠結(jié)在孔里。 Kueter介紹了一家用戶為克服鈦合金加工時(shí)“回縮”現(xiàn)象的*方法:要求工具廠供應(yīng)的鉆頭鉆尖處徑向跳動(dòng)處于公差上限,這樣在鉆孔時(shí)擴(kuò)張量較大,工件“回縮”也不至于抱住鉆頭。內(nèi)冷卻效果好實(shí)踐證明,采用內(nèi)冷卻鉆頭對(duì)提高深孔加工的生產(chǎn)率十分有效。它的優(yōu)點(diǎn)不僅在于把切削液直接送到鉆尖處,起冷卻作用,而且還能發(fā)揮強(qiáng)制排屑和幫助斷屑的作用。在孔深大于3倍直徑時(shí),采用內(nèi)冷卻鉆頭加工時(shí)其效果更為明顯,但迄今為止,內(nèi)冷卻鉆頭往往限于直徑3mm以上的鉆頭。 CooL Jet系統(tǒng)公司的全國(guó)Colin ELdon說(shuō),正確使用HPC(高壓冷卻)系統(tǒng),能極大地提高生產(chǎn)率。他回顧一家用戶的實(shí)際例子:鉆頭直徑1.397mm,孔深13.335mm,工件材料為302不銹鋼。