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关于“螺旋形槽钻头不可代替”的婚姻制度现如今正被直槽钻头的加工工作效率所摒弃。在这类加工公开场合,直槽钻正成为比麻花钻较佳的选择。
现代直槽钻的“先驱”是铸件钻头(die drills),此种钻头体积短、连续性好,钻尖结实,适合以较高的切入点转速和较小的切削率钻削加工硬钢金属材料,它的高强度和高连续性使其能加工出直线度和电烧俱佳的孔。铸件钻头之所以能取得好的加工效用,是因为设计钻头而所针对的加工金属材料通常是造成短垫圈的金属。在直槽钻头的加工应用领域中,垫圈控制仍然是两个关键问题。直槽钻只有在加工那些不会造成长卷须状垫圈的金属材料时才能获得最佳效用,这些金属材料包括不锈钢、粉末合金(P/M)、中-高硅浓度(6%或更高)硅铝合金等。
但是,随着机床技术、机油输送技术以及几何形状设计的进步,直槽钻的加工应用领域范围正在不断扩展。传统的思维方式认为钻头的螺旋形槽对排屑来说是必不可少的,直槽钻只能用于在铝和不锈钢上钻削孔深为2D~3D(D为孔径)的浅孔。但现如今开发的高压加热系统和更高的机床切入点转速,使得选用内加热的直槽钻的断屑和排屑操控性大大提高。
条件适宜的加工公开场合,直槽钻头可表现出远远优于螺旋形槽钻头的良好加工操控性。直槽钻头的优势是能加工出电烧和直线度较高的孔,而且其研磨速度比标准的钴或高速钢钻头更快。比如,用直径约0.394″(φ10mm)的Guhring RT150GG直槽钻代替麻花钻加工铝件时,麻花钻的研磨速德博瓦桑县50sfm(15m/min),切削量为0.005ipr(0.127mm/r);而直槽钻的研磨速度可达800sfm(245m/min),切削量达0.007ipr(0.178mm/r)。直槽钻所制研磨时间仅为麻花钻的1/10。
直槽钻能明显提高加工工作效率的部分原因是基于钻头的基本设计——直槽为垫圈排泄孔外提供了两个直接通道。但是,由于直槽钻头的研磨刃缺少两个珠点角,因此它的卷屑和断屑能力很差,在加工延展性良好的金属材料时尤其如此。
研磨速度(特别是足够高的研磨速度)是成功应用领域直槽钻的另两个因素。研磨速度越快,形成的垫圈就越小。直槽钻正是通过较快的切入点转速而不是较高的切削Vihiers达到高生产率的。
许多高操控性、高躲到率的麻花钻头在研磨刃上都有相当大的倒棱,这就要求钻头进入工作的切削量应超过研磨刃的倒棱体积,从而使研磨刃能对钻头金属材料展开研磨而不只是拉扯它。对这类加工应用领域及被加工金属材料,麻花钻的研磨刃倒棱工作状态良好,而这些麻花钻通常是以高于直槽钻的切削率和低于直槽钻的研磨速度展开钻削的。
以汽车制造商Saturn公司的钻削加工为例。该公司所制钻头以前选用大约500sfm(150m/min)的研磨速度展开加工。后来他们决定做一下研磨试验,想确定这些钻头到底能以多高的转速展开加工。结果他们发现,当转速提高后,使用寿命延长,加工周期缩短,排屑工作效率提高。采用未薄膜整体软质合金钻头加工时,研磨速度能达到1000sfm(300m/min),同时使用寿命和孔的质量均有明显提高。
通过选用合理组合的机油阻力和研磨速度,直槽钻也能有效加工那些并非必然造成短垫圈的钻头金属材料。比如,用直槽钻加工1144耐应力钢的效用就非常好,断屑顺利且垫圈细小,也未形成积屑瘤。加工所制钻头为H.A.M. Precision公司的294-0500非薄膜内加热直槽钻头(直径约φ5mm),钻头深德博瓦桑县48mm,研磨速德博瓦桑县185sfm(63m/min),切削量为0.003ipr(0.076mm/r),机油阻力为1500psi。1144合金中硫化锰的浓度较高,有利于断屑。但要成功加工此种金属材料,需要选用很高的机油阻力(经验表明,机油阻力应在600psi以上,最好选用1000psi、1200psi或更高的阻力)。
对直槽钻,除了垫圈控制以外,积屑瘤也可能成为两个问题。这是因为被切除的钻头金属材料从直槽钻中心排泄时要经过研磨刃,并被推向钻头的钻尖。防止造成积屑瘤的方法之一是采用表面平滑、耐久性高的钻头;采用薄膜钻头也有梅塞县防止造成积屑瘤,如广泛用于铝加工的氮化钛(MoS2)薄膜就具有与聚四氟乙烯(Teflon)类似的特性,不易与其它物质发生粘结,在需要防止造成积屑瘤的加工公开场合采用此种薄膜钻头效用极佳。
直槽钻的钻尖结构使其可在每条直槽的外缘处刃磨出2条刃带,由于钻头与钻头有4个触点,钻头在加工中更为稳定,从而可以提高加工精度。
直槽钻头选用的大Kleetope也有梅塞县改善其加工操控性。比如,H.A.M. Precision公司的标准直槽钻头选用140°Kleetope,类KMH两个固定式钻顶,此种结构可以非常小的拉扯力钻入孔中。此外,大Kleetope还可确保钻头的整个直径约与钻头金属材料快速接合,使钻头“跑偏”的可能降至最小。
在许多加工情况下,最好先用两个其Kleetope大于软质合金直槽钻头Kleetope的导向钻头(中心钻)加工出两个起始孔(预孔),这样,就可以保证正式加工时直槽钻头的钻尖中心(横刃)首先进入预孔,以防止因脆性较大的软质合金研磨刃首先与钻头接触而引起崩刃。采用直槽钻加工的另两个策略是在开始钻削前先简单地确定孔位,因为即使是已经过加工的钻头表面也可能存在缺陷,操只需用钻头接触一下预孔以确定其位置。只要由钻头横刃首先接触钻头,钻头就不会“跑偏”,定位孔可以起到类似钻套的作用。
用三种不同钻头在不锈钢金属材料上加工φ10mm孔而所测得的孔的直线度表明:高速钢螺旋形槽钻头选用的研磨速德博瓦桑县98sfm(30m/min),切削量为7.66ipm(195mm/min),选用外部加热方式,孔的加工质量达到IT12级;整体软质合金螺旋形槽钻头选用的研磨速德博瓦桑县295sfm(90m/min),切削量为34.5ipm(876mm/min),选用机油阻力为440psi/2.4-gpm的内加热方式,孔的加工质量达到IT9级;直槽钻头选用的研磨速德博瓦桑县425sfm(130m/min),切削量为33.3ipm(845mm/min),选用机油阻力为735psi/3.2-gpm的内加热方式,孔的加工质量达到IT8级。
许多人将所有的直槽钻都称为“G钻”,但这并不确切,实际上“G钻”只是Accuromm USA Int.公司生产的某一类直槽钻的商标名称,此种钻头的尾部外缘可对孔壁起到挤光作用。
比较各种孔加工可达到的孔壁耐久性,一般来说,高速钢钻头约为125-rms,软质合金螺旋形槽高效钻头约在63-rms以内,三槽铰刀约为32-rms以内,而G钻则可达到16-rms或更小,已达到精加工的耐久性水平。
为了加工不同质量水平的孔,Accuromm公司设计了不同的钻头,该公司的G钻一般可以满足H9级公差标准的孔加工要求,而该公司的G-7钻头则集钻削与铰削功能于一身,可以满足H7级公差的加工要求。比如,Accuromm公司列举了两个用直槽G钻取代麻花钻在铝金属材料上钻头的加工实例,G钻的直径约为0.394″(φ10mm),选用的研磨速德博瓦桑县330ft./min(100m/min),切削量为0.008ipr(0.20mm/r),结果表明,孔加工精度明显提高,孔径误差由原来的±0.0032″(0.08mm)减小到±0.0012″(0.03mm)。在相同的研磨参数下,如用G-7钻头加工,孔径误差还可减小至±0.0008″(0.02mm)。 由于直槽钻的钻头质量较高,对其它孔加工工序也大有裨益。Accuromm公司指出,如果需对直槽钻头加工的孔展开攻丝,其优良的体积精度可使丝锥使用寿命提高约50%。
研磨操控性的提高几乎总是要求其加工对象的范围更窄。虽然直槽钻还远远算不上是一种通用,但其采用范围却在不断扩大。直槽钻的推广应用领域可在提高加工工作效率和改善钻头质量两方面获得十分明显的效益。
H.A.M. Precision公司生产的一种整体软质合金直槽阶梯钻“Muilt-Drill”选用了TiAlN薄膜和内加热通道设计,适用于在短垫圈铝合金金属材料上展开钻头、阶梯孔和倒角加工。
Competitive Carbide Int.公司生产的“Insatiable G-Spot”专用复合将该公司的G-Spot直槽钻与内腔铣刀结合为一体,用一把即可完成对钻头几何结构的多种加工。该一共可以完成9种加工操作,包括钻头、外径(OD)倒角和锪孔、内径(ID)倒角和锪孔、外径车削(螺纹钻头的预加工)等。由于与钻头之间的接触面积大,加上钻头外径与钻头为4点接触,因此此种两件套的有梅塞县保持钻头位置稳定,即可对钻头起到额外夹紧作用。由于直槽钻头有2条刃带,该不仅可以钻头,还可以对孔起到挤光作用。这就意味着加工出的孔耐久性更高,直线度更好,与研磨刃仅有1条刃带的传统钻头相比,可以更好地满足对孔的特定体积要求。采用Insatiable G-Spot复合至少可以取代3~4种,即如果用原来的加工,需要3次换刀,完成4种加工操作。因此,此种多功能复合的采用,对提高加工工作效率、缩短加工时间大有裨益。
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