抛物线型硬质合金钻头的设计要素 Ⅱ

本文第1部分提到抛物线型硬质合金钻头的设计要素包括抛物线型刃槽的设计和提高钻芯厚度,前者提高排屑和冷却能力,后者提高钻头的强度。本部分介绍抛物线型硬质合金钻头设计要素的另两个方面。

3、大螺旋角
钻头螺旋角相当于车刀的前角,此角越大,切削轻快,降低扭矩和轴向力。有利于排屑,但会削弱切削刃的强度,刚度和散热条件,然而,由于我们设计的钻头刃沟宽大,钻芯加厚,螺旋角加大的不利因素大大减少。针对曲轴油孔等深也加工,为改善排屑条件,我们一般把螺旋角选用为38~40度,图3显示了螺旋角和切削力之间的关系。

4、顶角加大
顶角φ小,切削刃口长度增加,切削厚度减少,切削宽度增大。使单位长度负荷降低。见图5。作用于钻头的轴向力减小,扭矩增加。见图4。顶角φ大时,取钻头轴接近方向R1,顶角小时,取接近半径方向R2。顶角大时,轴向抗力增加,顶角小时水平力H2增加。针对曲轴油孔加工要求有利排屑,扭矩低等特点,我们可选用顶角128~133度,使加加工时切屑向上窜出,刃沟的摩擦阻力较小,排出较顺利。

抛物线型硬质合金钻头参数图

抛物线型硬质合金钻头参数图

(结束。本文分为2部分,这是第2部分;第1部分请参考:http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80663-ti-10444

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抛物线型硬质合金钻头的设计要素 Ⅰ

深孔钻头与加长型钻头一般用于所钻孔深与钻头直径之比大于6的场合;但深孔钻头与加长钻头相比有着更好的槽型,我们称之为抛物线槽型,这种抛物线槽型的设计有着更优良的排屑空间,深孔加工时就可获得更高的效率,一次加工完成工作任务,无需像加长钻头一样,钻孔时进进退退。可以减少钻孔时的退刀次数,提高进给量,更通畅的排屑,增强扭曲强度,延长钻头寿命,减少毛刺和提高加工工件的质量。抛物线型硬质合金钻有效的的做到了这些,可以快速,高效的对5至30倍径(l/d=5-30d) 的深孔进行加工,加工时间降至以往的1/5-1/10。

抛物线型硬质合金钻头的设计要素主要由以下四个方面:

1、抛物线型刃槽
钻削深孔,排屑困难是关键因素。只有排屑顺畅,不堵,不塞,切削液能比较顺利流入孔内,才能提高钻头耐用度和加工效率。因此改善排屑情况,是钻深孔的主要研究课题。我们将钻头刃槽作成抛物线槽型(见图1)。与麻花钻相比,充分增大螺旋槽空间减小排屑阻力,使切屑刃口排出,增加冷却液的流入量,降低切削摩擦和钻头磨损,降低切削扭矩和切削功率。
 
2、厚钻芯
加工曲轴等零件一般具有硬度高,强度大,切削力大的特点,用麻花钻来钻孔,都由于钻头强度低,刚性差,钻头磨损很快,有时甚至只能钻进一个窝。就会发出叫声,出现严重的烧损。针对材料切削负荷大的特点.我们既要注意到钻刃的锐利性。又要注意到它的强固性,设计钻头为厚钻芯结构,K=(0.4~0.8)d(见图2),钻体强度比普通钻头提高50%左右。提高耐用度30%~40%,而且抗颤振性,能得到改善。
 
抛物线型硬质合金钻头钻芯
 
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硬质合金刀具常见表面涂层

刀具涂层是具有某些特殊性能的化合物,比如耐高温,不易氧化,高硬度等,具有涂层的硬质合金刀具往往比普通合金刀具具有高达数倍的的切削效率和工具寿命,而且有的涂层用来加工一些特殊性质的材料,如黏性较强的镍、铜等。硬质合金钻头表面涂层较常见的有如下几种:

1、氮化钛(TiN)涂层:该涂层可显著改善钻头的使用寿命和被加工孔的质量,与未涂层钻头相比,TiN涂层钻头更适合对多种材料工件(尤其是各种钢件)进行高速钻削加工。而且钻头的寿命也提高3倍以上。

2、碳氮化钛(TiCN)涂层:在适当的切削温度下,TiCN涂层比TiN涂层硬度更高、韧性更强、耐磨性更好,同样适合对多种工件材料(尤其是钢件)进行高速钻削加工。但在加工有色金属材料时应特别小心,因为TiCN涂层与有色金属具有较高化学亲和性,极易磨损。碳氮化钛涂层能提高工具寿命5倍以上。

3、氮化铝钛(TiAlN)涂层:该涂层可改善钻头的使用寿命,尤其适用于切削温度较高的加工场合。与TiCN涂层类似,TiAlN涂层也不太适合加工有色金属材料。 

4、金刚石粉末涂层:金刚石粉末主要是磨料,最长用于切割瓷片、石材等高硬度材料。在切割过程中因摩擦会产生大量的热,所以具有金刚石墨粉涂层的钻头必须使用水冷系统,防止过高温度积累损坏刀具。

5、氮化锆(ZrN)涂层:该涂层常用于非常高档的工具表面。此外还有立方氮化硼、氮化铝铬等涂层。

涂层硬质合金刀具

(结束)

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抛物线型硬质合金钻头的钻削参数设置

虽然抛物线型硬质合计恩钻头的价格是标准麻花钻头的2~3倍,但它在深孔加工中表现出的的优异性能大大降低了每孔加工成本,因此成为机械工艺人员加工深孔的首选刀具。

在进行深孔加工中,为了最大限度地发挥钻头的切削性能,必须根据特定的长径比优化调整抛物线型硬质合金钻头的钻削参数,包括钻削速度和进给量。当钻削加工的长径比为4:1时,应将切削速度降低20%,进给率减小10%;当长径比为5:1时,应将切削速度降低30%,进给率减小20%;当长径比达到6:1~8:1时,应将切削速度降低40%;此外,当长径比为5:1~8:1时,应将进给率减小20%。 对于曲轴油孔等深孔加工,适宜采用较高的转速,利用甩屑的作用促使切屑排出,降低进给量,提高钻头的耐用度。在可能的情况下,保证充分的冷却,延长钻头的使用寿命。

切削实例1:被加工材料:40Cr;热处理状态:HB 270~300;切削速度:18m/min;进给量:0.044mm/r;钻孔直径:7mm;孔深:125mm。切削实例2:被加工材料:48Mn;热处理状态:HB 203~277;切削速度:18m/min;进给量:0.088mm/r;钻孔直径:8mm;孔深:84mm。当然,在实际操作中,具体的参数需要根据钻机的状态、钻头的质量和直径以及工件的具体材料做调整,下表列出了一些常用材料切削参数设置。

材料

铝合金

碳钢

球墨铸铁

钻型

S轻型

S中型

S强力型

切削速度(m/min)

43-47

16-30

15-20

进给量

(0.05-0.025)d

(0.05-0.025)d

(0.003-0.002)d

(结束)

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宽刃抛物线型硬质合金钻头

钻削深孔,排屑困难是关键因素,只有排屑顺畅,切削液比较顺利流入孔内,才能提高钻头耐用度和加工效率。把钻头刃沟做成抛物线槽型,与麻花钻相比,可充分增大螺旋槽空间,减小排屑阻力,增加冷却液流入量,降低切削摩擦和钻头磨损,降低切削扭矩和功率。抛物线型硬质合金钻头分为两种类型:普通抛物线型硬质合金钻头和宽刃抛物线型硬质合金钻头。 本文介绍宽刃抛物线型硬质合金钻头。 

为了适应难加工材料(冷作硬化材料)深孔钻削加工的需要,一些刀具制造商开发出了宽刃抛物线型硬质合金钻头。这种钻头的许多特点与普通抛物线型硬质合金钻头类似,如螺旋角较大(36°~38°),易于排屑;钻芯较厚,深孔加工时钻头刚性和稳定性较好等。它与普通抛物线型钻头的不同之处在于排屑槽和刃带形状。宽刃抛物线型硬质合金钻头的刃带平滑过渡到排屑槽,从而使钻头切削刃具有较高的强度和刚性,同时切屑也可通过排屑槽顺利排出。 

在深孔钻削中,摩擦引起的高温可能引起钻头切削刃轻微软化或回火,从而加速钻头磨损。钻头切削刃在加工中保持硬度的能力可用“红硬性”来表示。宽刃抛物线型硬质合金钻头比通常采用的高速钢和钴高速钢材料制造的抛物线型钻头更有优势,由于硬质合金钻头具有较高的红硬性,因此刀具寿命更长,抗磨损能力更强。 

宽刃抛物线型硬质合金钻头

(结束)

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