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浅析麻花钻的缺点和改进运用



麻花钻是通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具。因其容屑槽成螺旋状而形似麻花而得名。螺旋槽有2槽、3槽或更多槽,但以2槽最为常见。麻花钻可被夹持在手动、电动的手持式钻孔工具或钻床、铣床、车床乃至加工中心上使用。钻头材料一般为高速工具钢或硬质合金。

麻花钻缺点:
(1)标准麻花钻主切削刃上各点处的前角数值内外相差太大。钻头外缘处主切削刃的前角约为+30°;而接近钻心处,前角约为-30°,近钻心处前角过小,造成切屑变形大,切削阻力大;而近外缘处前角过大,在加工硬材料时,切削刃强度常嫌不足。
(2)横刃嫌长,横刃的前角是很大的负值,达-54°~-60°,从而将产生很大的轴向力。
(3)与其他类型的切削刀具相比,标准麻花钻的主切削刃很长,不利于分屑与断屑。
(4)刃带处副切削刃的副后角为零值,造成副后刀面与孔壁间的摩擦加大,切削温度上升,钻头外缘转角处磨损较大,已加工表面粗糙度恶化。


以上缺陷常使麻花钻磨损快,严重影响着钻孔效率与已加工表面质量的提高,以此我们的设计必定需要应对这些缺点进行改造。在机械加工中,孔加工约占其加工总量的1/3,其中钻孔约占25%。钻孔直径范围为ф0.1~ф100mm,能达到经济精度为IT13~IT11。钻孔是半封闭式切削,因此,排屑、热量传散、切削液浇注都较困难。钻孔用的刀具,尤其是直径小于ф35mm的孔,目前生产上仍以标准的高速钢(HSS)麻花钻为主。由于麻花钻具有刚度差(因有两条又宽又深的螺旋槽),导向性差(只有两条很窄的刃带与孔壁接触导向)和轴向进致力大(主要因横刃的存在)特点,而且经手工刃磨的钻头,两条主切削刃难以准确对称,因而钻孔时容易产生钻头引偏、孔径扩大、孔壁质量差、和钻头使用寿命较低等问题。为此,须对钻头的刃形和结构加以改进,而实践亦已证明,这样做效果很好。


标准麻花钻结构和几何参数上存在着许多缺点,如:主切削刃上前角变化大,近外径处可达30?,而近中心处为-30?,且横刃上负前角达-50?~-60?,故切削条件差;刃带上无后角,摩擦磨损大;主切削刃长,切屑宽,排屑不畅,切削液难以注入到切削区等。为此,生产中操作人员常通过修磨来加以改善。如可:修磨出双重顶角、磨分屑槽和磨出内凹圆弧刃等方式来改变主切削刃形状,以增大切削刃长度,减轻单位切削刃长度上的切削负荷,并起到改善钻头定心,达到分屑和断屑目的;通过修磨横刃来缩短其长度,避免横刃处负前角切削;直径较大的钻头还可在刃带前端磨出副后角,以减少摩擦和磨损等。群钻就是综合应用多种形式修磨方法变革而成的系列钻型,适于加工不同材料。

麻花钻的刃磨是沿后刀面进行的。刃磨时应保证主削刃上后角值“内大外小”,即近钻芯处后角要大,靠外圆处后角要小。同时还应使横刃处得到合适的斜角、前角和后角值。一般都用手工刃磨,较合理的方法是用机械刃磨。目前常用的机械刃磨法有圆锥面刃磨法和螺旋面刃磨法,即将钻头的后刀面磨成圆锥面或螺旋面的一部分。但近几年来,由于在组合机床、数控机床和自动生产线上大量采用钻头,因此对钻头刃磨质量的稳定性要求很高,而平面刃磨法由于磨出的钻头横刃处负前角小,轴向力小,刃磨用的机床运动简单,调整方便,容易实现自动化和保证钻头的刃磨质量,故应用日广。所谓平面刃磨法,是指麻花钻的两个后刀面都由平面组成,两平面的相交线形成横刃。 


制造麻花钻的材料,一般都采用通用型高速钢W6Mo5Cr4V2。如选用高性能高速钢W2Mo9Cr4VCo8(M42)、W6Mo5Cr4V2Al(501)和粉末冶金高速钢(PMHSS),其使用寿命可提高1~2倍。此外,表面处理也是提高钻头寿命的重要途径之一,如可采用蒸汽处理、氧氮化、软氮化、硫氮共渗和涂层等。经采用TiN、TiAlN涂层后的高速钢麻花钻,其使用寿命可提高1~3倍,并且重磨后仍比无涂层钻头的切削性能优越。


麻花钻正确选择切削用量,对提高钻头的使用寿命十分重要。麻花钻钻孔,如同两把反向车孔刀同时切削,故钻削深度由钻孔直径D而定(=D/2,单位为mm),无需选择。钻头的进给量由于受钻头强度和刚性限制,一般为f=(0.01-0.02)D,单位为mm/r;经合理修磨后的钻头可取f=0.03Dmm/r;直径小于ф3~ф5mm钻头,常用手进给。切削速度:切钢=15~30m/min,切铸件=20~35m/min。钻孔直径通常小于ф35mm,如超过此值宜分两次钻削,第一次应钻出(0.5~0.7)倍孔径,第二次再扩孔。钻孔时,必须供应充足的切削液,切钢时可用极压乳化液,加工铸件时可用轻柴油或煤油冷却。为使钻出孔的轴线能与工件的回转中心线重合,钻孔时最好采用工件回转,钻头只作轴向进给运动。为防止和减少钻头的偏移,工艺上可采取先加工出待钻孔端面,使其与钻头垂直,或设置钻套进行导向。实践证明,使用钻套导向的效果是比较好的。

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