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直徑約為3mm下列的微小孔廣泛存在于航空中國航天、輕工、汽車燃油噴射系統(tǒng)、醫(yī)藥設備及假體、計算機 IT產(chǎn)業(yè)等的零件中。隨著各種機械的小型化、輕量化、精密化，精密微小孔的加工需求亦日益增多。目前，微小孔的加工主要還是依靠致密鉆頭展開鉆削。致密鉆頭加工極易弄斷、受損，使用壽命短，加工工作效率較高，對加工孔深也多有限制。不少鉆削工具制造公司為克服這些不足開發(fā)了具有不同特色的產(chǎn)品。下列表格展示了三款致密鉆頭在基本結(jié)構(gòu)上的特點和差別，這三款產(chǎn)品分別是：飛雅特公司的MSE型，UNION公司的C-UMD型，菱高公司的ZH382-VIO型，不二越公司的AQMD型致密鉆頭。表1- 表4分別具體列出了Ф0.1、Ф0.2、Ф0.5、Ф1各銘牌產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)花紋，歐幾里得視角方面的參數(shù)。

　　表1- 表4中可以看到各機型致密鉆頭在結(jié)構(gòu)、歐幾里得視角尺寸上的差別。一般致密鉆頭直徑約極小，在結(jié)構(gòu)設計上既要防止它弄斷受損，又要使它鋒利增加研磨力，同時還要保持采用沃蘇什卡有一定的氣壓和延展性。下列以飛雅特公司的MSE 型致密鉆頭（圖1）為例，展開具體說明。

　　■圖1 MSE型致密鉆頭特點

MSE 型致密鉆頭所用的材料是MF20（用于φ0.3下列，延展性抗彎氣壓較TF15高）和TF15（運 用 范 圍廣，綜合操控性好），這兩種超微粒硬質(zhì)合金基體，外表再上加以Miracle技術涂敷的VP薄膜（AlTi）N， 使得鉆頭延展性好、延展性高、氧化開始溫度高、摩擦系數(shù)小。其直徑約范圍是φ0.1-φ0.99。除一般鋼，合金鋼鑄鐵外，非鐵金屬、蘇泊爾鋼，耐火鋼等也能加工。各種材料可按樣本推薦的研磨前提展開加工，采用外部加熱，可鉆頭深度與直徑約的比是：L/D=5-12，需用熱裝刀柄夾持。另一種VCSSS型石蟶短槽致密鉆頭直徑約范圍為φ0.3到1.3，可加工高硬鋼，能加工孔深：L/D=5。

　　致密鉆頭加工實例：

■用φ0.5MSE 型鉆頭鉆奧氏體蘇泊爾鋼SUS304（1Cr18Ni9）上盲孔 孔深5mm，在立式加工中心上，需用研磨速度=9.4m/min(轉(zhuǎn)速=6,000rpm)，進給量=0.015mm/rev(90mm/min) 以 TNUMBERFK方式進給，TNUMBERFK量0.15mm，用助劑脂類加熱液，可連續(xù)鉆1,600孔。

　　■用φ0.5mm鉆頭在加工中心上鉆耐火合金 Incone718上腔體，研磨前提是：切 削 速 度=4.7m/min(n=3,000rpm)，進給量 =0.005mm/rev，每秒鐘進給量=15mm/min， TNUMBERFK量=0.1mm， 采用脂類助劑加熱液，可鉆47孔。

　　■用φ0.5MSE 型鉆頭鉆預硬鋼（HRC45）上盲孔，研磨前提：研磨速度 =24m/min(n=1,500rpm)，進給量 =150mm/min，TNUMBERFK量=0.1mm，用異丁醇加熱，可鉆1,000孔。

■用φ0.1MSE型鉆頭鉆鋁合金（A7075）上深5mm盲孔，研磨前提：研磨速度 =80m/min(n=2,500rpm)，進給量 =0.08mm/rev，每秒鐘進給量 =2,000mm/min，用脂類加熱鉛筆芯，可鉆500個孔以上。

　　φ0.3下列孔鉆削時，宜先采用MSP型捷伊鉆（圖2）預鉆取向孔。其頭部花紋是三角錐，它能鉆出位置精度很高的取向孔，還需用它加工出 90°圓角。采用定向鉆預鉆取向孔雖增加一工步，但由于致密鉆頭前端有了支撐，擺動增加，使鉆削過程穩(wěn)定，孔的精度、孔耐酸性、孔系間的位置精度得以提高，鉆頭使用壽命也延長了。φ0.1鉆頭經(jīng)實驗，不用捷伊鉆預鉆取向孔，孔精度低，且只能加工23-63個孔，采用捷伊鉆可加工400個孔以上。

　　■圖2 MSP型捷伊鉆

為提高通單座MSE型致密鉆頭的加工工作效率和使用壽命，飛雅特公司對MSE型致密鉆頭的鉆頭結(jié)構(gòu)展開了改良（改良后的機型為MWS），即改良螺旋形槽花紋使鉆芯側(cè)的主刀柄形成凹刃，該部分原來的負前角變成了珠點角、在近外圓側(cè)的形成凸刃，原來的珠點角偏大使之減小，增強了該處刃口氣壓，這種凹凸的螺旋形槽形結(jié)構(gòu)使切屑分斷易于排出，還增加了研磨力。飛雅特公司還對鉆頭頂角錐面即主刀柄后鐵柱展開修磨去除橫刃，并修磨出三重后鐵柱，增加了軸向研磨力，加熱方式由外冷式改成內(nèi)冷式即鉆頭中做出圓內(nèi)加熱孔，提高了加熱工作效率。MWS 型最小鉆頭直徑約為Ф0.5。

飛雅特公司之后又在MWS型改良基礎上開發(fā)了新一代的通單座致密鉆頭MVS型（圖3），擴大了排屑空間，新槽形芯部與螺旋形角實現(xiàn)最優(yōu)化，刃帶增加使之具有雙重刃帶，提高了取向性和對孔內(nèi)壁的修光操控性，內(nèi)冷的圓孔改成加熱效果更好的三角形孔，薄膜改成多層復合氮化物的DP1020，其外層展開Zero-μ處理，提高了抗龜裂能力，并使摩擦力減小。小徑MVS型的最小直徑約為Ф1到Ф2.99。MWS型能加工孔深與直徑約比L/D同MSE型最大也為12，MVS 型則提高到了30。MWS和MVS這兩種機型由于鉆入和取向結(jié)構(gòu)改良操控性提高，L/D≤10 可以不需要捷伊取向鉆頭預鉆取向孔。它們除不推薦用于加工高硬鋼外，其他一般材料均能加工。

　　■圖3 MVS型頭部結(jié)構(gòu)

以上是能加工多種材料的通單座致密鉆頭的情況，除此之外專門適合某種材料鉆頭的專用致密鉆頭系列也得到一定的發(fā)展，如一些特殊材料如模具用的高硬鋼、硬脆的陶瓷、易粘附的有色金屬、復合材料等上的微小孔，為加工出它們，飛雅特也分別開發(fā)了更適合高延展性模具鋼加工的MHS 型鉆頭（圖4），它們的材料薄膜也是VP15TF，最小的直徑約Ф0.95，具有內(nèi)加熱孔，最大能加工孔深L/D=30。

　　■圖4 MHS型鉆頭

　　DCSSS型和DCSSM型致密鉆頭基體材料是超微粒硬質(zhì)合金，并帶有用CVD方法沉積的金剛石薄膜，適合于加工有色金屬，頂角為130°和135°，采用外部加熱方式，前者鉆頭直徑約范圍是φ0.2-φ2，后者是φ2.1-φ3.0。二者夾持柄部的直徑約均為3。

DCBSS型致密鉆頭基體材料同上也具有金剛石薄膜，適合于加工陶瓷等硬脆材料，頂角為166°，它的直徑約范圍是φ0.05-φ3。專門適合加工碳纖維復合材料CFRP的致密鉆頭有 MCCH和MCAH型，鉆頭最小直徑約是φ2.5采用外冷方式，前者適加工CFRP板，后者適加工CFRP+Al層板需用于手電鉆，頂角均為120°。

　　醫(yī)用假體等許多零件的微小孔(φ1-φ4較多) 的孔很深，有的常接近于60-70倍直徑約左右。這時需用專門能加工特深孔用的鉆。飛雅特開發(fā)的MGS型內(nèi)冷式鉆直徑約范圍是φ0.7-φ3，能加工的最大深度達100倍直徑約（圖5）。

　　■圖5 MGS型鉆

鉆有多種類型，其中單刃型較多，由圖5可知其槽形和研磨力是不平衡的，頭部一側(cè)的短主研磨刃承擔主要研磨作用。它沒有橫刃，鉆尖偏離軸心線e，通常θA大于θB以使作用在鉆上的合力的徑向分力FY始終作用在取向面上，以保證加工時得到良好的取向，并能承受研磨力，還可在孔壁產(chǎn)生輥光作用，提高了孔的加工精度和加工耐酸性。鉆尖的偏移可使切屑從鉆尖處斷裂分成兩段。高壓研磨液由鉆桿后端的中心圓孔中進入，經(jīng)月牙形孔和研磨部分的孔到達研磨區(qū)，然后返回迫使切屑隨同它由大致呈120°的V形槽 (通道) 中排出，故稱外排屑?？梢娺@種方法排屑不需其他輔助設備，排屑空間大，鉆的前鐵柱一般為平面，前角一般為“零”。后角據(jù)加工材料不同有不同值，一般加工硬材取值較小。由于鉆尖偏移軸心，鉆頭時在鉆尖前方形成一個小圓錐體，鉆一面進給不斷地把小圓錐切去，小圓錐有助于取向，鉆尖的偏移也可使切屑從鉆尖處斷裂分成兩段，便于排屑。盡管這樣，因是鉆深孔鉆長徑比過大，伸出的鉆如懸臂梁，加工中剛性與自捷伊功能不足，還會因研磨力、離心力、重力等造成更大的撓曲。因此加工必須：

　?。?）采用中心架上的鉆套或預先在工件上預鉆引導孔使鉆得到支承捷伊定位，增加撓曲，加工中得以正確取向；

　?。?）應據(jù)不同被加工材料合理布局鉆本身取向結(jié)構(gòu)，由它還可在孔壁產(chǎn)生輥光作用，提高孔的加工精度和耐酸性；

（3）由于鉆是外排屑，外排的切屑直接刮擦影響已加工耐酸性，若堵塞甚至可造成受損。直徑約小且長的孔難以測定其耐酸性，有時只能靠形成切屑的形態(tài)判定。因為切屑形態(tài)的形成實際上是被加工材料它被切入經(jīng)塑性變形滑移，剪切后而形成，與不同被加工材料的塑性變形程度有關。據(jù)此試驗開發(fā)了加工不同的鉆的歐幾里得花紋，以滿足各種加工的需要。

　　專門生產(chǎn)鉆的德國的BOTEK公司，其產(chǎn)品的最小直徑約是φ0.5。深孔加工有許多難以解決的加工和質(zhì)量問題必須從設計一開始就考慮到：

　　（1）捷伊和取向問題。由于孔深，鉆桿的直徑約又較細，剛性不足，易變形振動，鉆向偏斜，刀而使受損，加工精度耐酸性不易保證，工作效率低；

　　（2）斷屑和排屑問題。孔深排屑不易，最好能使切屑應具有適于排出的合適長短和花紋，為順利排屑還必須有足夠的對切屑的推力和吸引力。若不能順利排出，產(chǎn)生堵塞會造成的受損；

（3）冷卻和潤滑問題。實體金屬中鉆頭屬半封閉加工，特別是深孔加工與孔壁的摩擦格外大，研磨產(chǎn)生的高溫不易散出 , 切屑不易排出，必須要有足夠的加熱鉛筆芯壓力和流量。

　　下列介紹幾個醫(yī)療假體零件深孔加工實例。所采用的的鉆頭均來自BOTEK公司：

　　■113型φ1.7鉆在走心機加工骨釘（材料為鈦合金Ti-6Al-4v），孔深115，加熱液壓為100bar, 研磨速度V=25m/min，f=0.004mm/rev；

　　■113型的φ1.6鉆在走心機上加工骨釘（TC4），孔深110，加熱液壓力，研磨速度同上，f=0.0045mm/min；

■113型的φ1.07鉆加工骨釘（TC4） 在專機上，孔深80，研磨速度V=25-50m/min，f=0.007-0.0022mm/rev。

　　這三例加工的都是難加工材料，孔深都達到直徑約的70倍左右，這些又細又長很難加工的孔在采用BOTEK鉆頭后均取得滿意的效果。

　　來源 | 榮格《國際金屬加工商情》6月刊

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