第七章 钻削与钻头

7.1麻花钻7.2钻削原理7.3钻头的修磨7.4先进钻型与结构特点简介7.5深孔钻基本要求：（1）掌握麻花钻的结构组成及几何角度；（2）了解钻削基本规律、钻削力和功率；（3）合理选用钻削用量。机械加工中的孔加工刀具分为两类：一类是在实体工件上加工出孔的刀具，如扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。孔加工刀具的共同特点：刀具工作部分处于加工表面包围之中，刀具的强度、刚度及导向、容屑及冷却润滑等都比切削外表面时问题更突出。麻花钻是一种形状较复杂的双刀槽孔加工工具。7.1麻花钻工作部分由导向部分和切削部分组成。①导向部分钻头螺旋槽部分，径向尺寸决定了钻头直径do，直径向尾部方制造成倒锥，前大后小，倒锥量为0.05/100～0.12/100，螺旋槽是排屑通道，两条棱边起导向作用，两条螺旋形刃瓣中间由钻芯相连，以保持刃瓣连接强度，钻芯直径de=0.125do～0.15do，并从切削部分到尾部方向制成正锥（前小后大），导向部分也是钻头的备磨部分。一、麻花钻的结构1.麻花钻的结构组成麻花钻由装夹部分、工作部分和切削部分所组成。柄部用以装夹并传递钻削力和扭矩。钻头直径小于13mm时，通常采用圆柱柄；钻头直径在12mm以上时采用圆锥柄；扁尾是为防止钻柄打滑和供斜铁将锥柄从钻套中取出。颈部用来连接柄部和工作部，并供磨外径时砂轮退刀和打钻头标记。②切削部分由两个螺旋形前刀面，两个经刃磨获得的后刀面、两个圆柱形的副后刀面（棱边）组成。前刀面与后刀面的交线形成形成横刃。直柄锥柄麻花钻切削部分的名称术语1.两前面螺旋槽靠近切削刃的那部分面。2.两后面在钻尖上与被加工表面相对的面。有两个后面，每个又可分为第一后面和第二后面。3.两副后面副后面就是刃带棱面。4.横刃两后面相交成的刃口。5.主切削刃前面与后面相交成的刃口。普通麻花钻有两条。6.副切削刃前面与刃带的相交线，即刃带边缘刃。1-前面2、8-副切削刃(棱边)3、7一主切削刃4、6-后面5一横刃9一副后面1.螺旋槽或称刃沟，钻体上螺旋形沟槽。作用有：排屑，容屑，切削液流入的通道。2.刃瓣钻体上外缘未切出刃沟的部分。3.刃背刃瓣上低于刃带的外缘表面。作用：在钻体的外圆上减小直径，以与孔壁形成径向间隙，防止摩擦，提高加工精度，降低切削力。导向部分麻花钻导向部分的名称术语(不介绍)4.刃带或称棱边，即钻头的副后面。5.后背棱后面与刃背的相交棱线。6.后沟棱后面与螺旋槽的相交棱线。7.尾根棱或称沟背棱，刃瓣上刃背与螺旋槽的相交棱线。8.尾根转点尾根棱、后背棱和后沟棱三棱的汇交点。9.钻芯连接二刃瓣钻体中心部分。由以上的相关术语，可以将麻花钻参加切削的主要部分归纳为“一尖、三刃”，“一尖”即钻心尖，“三刃”即两主切削刃，一横刃。2、麻花钻的结构参数1.钻头直径d：切削部分测量的两刃带间距离。2.钻径倒锥：远离切削部分的直径逐渐做小，以减少刃带与孔壁的摩擦。相当于副偏角。倒锥量一般取0.03-0.12mm/100mm。3.钻芯直径：两刃沟底相切圆的直径。影响钻头刚性与容屑截面.4.螺旋角ω：刃带棱边螺旋线展开成直线与钻头轴线的夹角。)(tan2tanrrLrxxx上式表明：钻头越靠近中心处螺旋角越小。增大螺旋角使前角增大，有利于排屑，使切削轻快，但钻头刚性变差。5.刃带宽度f：在垂直于刃带边缘（即副切削刃）的方向上测量的刃带的宽度。6.刃背直径q：钻体刃瓣上刃背的直径值，和刃带高度的关系是：q=d-2c。7.刃瓣宽度B：在垂直于刃带边缘（即副切削刃）测得的刃带边缘刃（即副切削刃）与刃瓣尾根棱之间的长度。8.切削刃高度差H：在给定的位置半径上，相对于钻头端平面测得的两切削刃的轴向位移。9.横刃长度b：指在钻头端视图中的横刃的长度值。二、麻花钻的几何角度1、钻头角度参考系1）基面——削刃某选定点包含钻头轴线的平面2）切削平面——过切削刃某选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。3）正交平面——过切削刃某选定点并同时垂直于基面、切削平面。增加测量平面：端平面Pt:与钻头轴线垂直的投影面。中剖面Pc:过钻头轴线与两主切削刃平行的平面。柱剖面Pz:切削刃选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴线旋转形成的圆柱面。1．原始锋角2Φ0：钻尖两原始主刃母线的夹角，即两主切削刃在基面上投影的夹角。2．使用锋角2Φ：简称锋角（顶角），是两实际主刃在中断面投影中的夹角。3．横刃斜角Ψ：在钻尖的端视图上，中断面与横刃的的钝夹角。2、刃磨角度：2φ主切削刃长度单位切削刃上的负荷及轴向力钻尖强度有利于散热，提高钻头耐用度而扭矩6．外缘后角αf：主切削刃靠刃带转角处，在柱断面中表示的后角。后角是在以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。切削刃上任一点x处的后角用αfx表示。由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力。对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横刃。普通麻花钻只需刃磨两个后面，控制三个角度：顶角2Φ，横刃斜角Ψ，外缘后角αf。小直径的钻头,ψ角度允许较大,横刃斜角ψ数值与钻头中心处切削刃后角关系密切,一般通过测量ψ来控制横刃后角.刃磨钻头后面时，要控制钻头中心部位后角：越靠近钻头中心，后角磨的越大。目的有两个：1.使得横刃能获得较大前角，增加横刃的锋利程度。2.使得切削刃各点工作后角相差较少。3、横刃角度分析结论：横刃斜角、顶角钻心后角相互制约……当后角磨得偏大时，横刃斜角越大，横刃长度bψ增大。otantan1)180sin(横刃由两个主后刀面相交形成,近似直线,以钻头轴线为分界线,将横刃分为两段四个区域.tansin(180)oBCOBctgBMOB)180sin(0dMNb横刃的长度4、主切削刃角度分析由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前角也是不相同的，由外缘向中心逐渐减小。所以钻头切削刃各点的螺旋角、刃倾角、前角和主偏角都不同。其换算关系详见表7-1。5、几何角度小结1．主运动。麻花钻的旋转运动称为主运动。钻削时通常以钻头外缘转点处的速度作为钻削速度，其计算公式如下：式中：d---钻头直径（mm）n---钻头转速（rev/min）2．进给运动。加工时钻头的轴向移动称为进给运动。通常用进给速度vf或进给量f、每齿进给量fz来表示。其计算公式如下：式中，Z为齿数，对普通麻花钻来说，Z=2。n为钻头转速。3．主运动和进给运动的合成。min)/(1000mdnvcnZfnfvzf2/pda4/dfAD1.钻削用量钻削背吃刀量（mm）每刃进给量（mm／z）钻削速度（m／min）2/zff1000/)(dnv2.切削层参数)2/sin(fhD钻削厚度（mm）钻削宽度（mm）每刃切削层公称横截面积／齿（mm2）材料切除率(mm3／min)sin2/dbDdfvndfQc25042一、钻削用量与切削层参数二、钻削过程特点1.钻削变形特点与切屑形状钻削在半密闭空间内进行，横刃的切削角度不理想，故切削变形较为复杂：1）钻心处切削刃前角为负——刮削挤压，切屑呈粒状并被压碎；2）钻心横刃区域工作后角为负——楔劈挤压，轴向力增加；3）主切削刃各点前角、刃倾角不同——使切屑变形、卷曲、流向也不同，排屑困难；4）钻头刃带无后角,与孔壁摩擦——加工塑性材料容易产生积屑瘤。ccccMyMzMMKfdCMc2.钻削力钻头每一切削刃都产生切削力，包括（1）切向力（主切削力）：当左右刃对称时，构成钻削扭距Mc；（2）背向力（径向力）：当左右切削刃对称时，背向力抵消。（3）进给力（轴向力）。最终构成对钻头影响的是进给力Ff与切削转矩Mc。钻削力实验公式：ffffFyFzFFKfdCFf详见表7－3c30ccMvpd3.钻头磨损特点（1）磨损的主要原因：高速钢钻头磨损的主要原因是相变磨损。外圆周切削速度最高，因此磨损最为严重。（2）磨损的形式：钻头磨损的形式主要是后面磨损。当主刃削刃后面磨损达一定程度时，还伴随有刃带磨损，易咬死而导致钻头崩刃或折断。（3）影响钻头耐用度的因素：主要包括：钻头材料与热处理状态，钻头结构、刃型参数、切削条件等。三、钻削用量选择1、钻头直径：尽可能一次钻出所要求的孔。先钻孔再扩孔时，钻孔直径取孔经的50%—70%。2、进给量:经验公式估算合理修磨的钻头可选用f＝0.03d直径小于3—5的钻头，长用手动进给。d)0.02~(0.01f3、钻削速度表7－4高速钢钻头钻削速度加工材料低碳钢中高碳钢合金钢铸钢铝合金铜合金钻削速度/（m/min）25～3020～2515～2020～2540～7020～40钻头的修磨概念：指将普通钻头按不同的加工要求对横刃、主刃、前后刀面进行附加的刃磨。第三节钻头的修磨标准麻花钻的缺陷：①主切削刃上各点前角相差较大（由+30°～-30°），切削性能相差悬殊；②主切削刃长，切屑宽，切削刃上各点切削速度相差很大，使切屑卷曲和排出困难；③横刃较长，又为负前角，钻削时会造成严重挤压，轴向力也很大，切削条件很差；④主切削刃与棱边转角处切削速度最高，副后角又为零，因此转角处磨损最快。a)刃磨正确b)顶角不对称—孔径扩大，倾斜c)主切削刃长度不等--孔径扩大d)顶角和刃磨长度不对称—孔径扩大，台阶麻花钻刃磨对孔质量的影响麻花钻刃磨要求：（1）两条主切削刃对称：长度相等，角度相等。（2）横刃斜角125°-130°（3）2Φ=118°，关于轴线对称。一、修磨横刃1、目的：在保持钻尖强度的前提下，尽可能增大钻尖部分的前角、缩短横刃的长度，降低进给力，提高钻尖定心能力。2、两种较好的修磨形式：（1）十字形磨：横刃长度不变，刃倾角仍为零度，但横刃前角增大了，此法简单，但钻头芯强度有所减弱，要求砂轮圆角半径较小。a）加大横刃前角（2）内直刃形修磨：缩短横刃的长度，增大钻心处的前角，加大钻心处容屑空间，保持钻头原有强度，降低钻头进给力，对砂轮圆角无严格要求，此法得到广泛推广使用。磨短横刃并加大前角二、修磨主切削刃目的：改变刃形或顶角，控制分屑，或改变切削负荷分布，增大散热条件，提高钻头寿命。a)磨出内凹圆弧刃：可加强钻头的定心作用，有助于分屑，断屑。b)磨出双重或多重顶角，或磨出外凸圆弧刃：可改善钻刃外缘处的散热条件提高钻头寿命、此形式适用于钻铸铁等脆性材料。c)磨出分屑槽：便于排屑。分屑槽可以交错开，单边开或磨出阶梯刃。适用于中等以上直径的钻头切削钢。三、修磨前面目的：改变前角的分布，增大或减少前角，或改变刃倾角，以满足不同的加工要求。a)将外缘处磨出倒棱面前面—减小前角，增大进给力，避免扎刀b)沿切削刃磨出倒棱—增加刃口强度，适用于较硬材料。c)在前面磨出卷屑槽--增大前角，适用于切削硬度较小的软材料，如有机玻璃，以提高Ra。d)在前面上磨出大前角及正的刃倾角—控制切屑向孔底方向排出。试用于精扩孔钻。四、修磨后面目的：是在不影响钻刃的强度下，增大后角，以增大钻磨容屑空间，改善冷却效果，将后面磨出双重后角。修磨刃带（副刃后面），以减少刃带宽度，磨出副后角，以减少刃带与孔壁的摩擦。运用于对韧性大，软材料的精加工。——以上修磨形式，实际生产中通常同时选择两到三种组合使用。一、群钻第四节先进钻型与结构特点简介1）横刃短（只有普通钻头的1/5，横刃一部分磨成了内直刃，修磨了横刃前刀面，使得横刃处前角有所增加，改善了横刃处切削条件。）圆弧刃、内刃上前角平均增大15°，使进给力（轴向力）下降35~50%，转矩下降10%~30%，故进给量比普通钻头的提高2~3倍。钻孔效率大大提高。2）钻头寿命约可提高2~3倍。3）钻头定心作用好，钻孔精度高。(内弧槽起到了良好的定心，导向作用。因为三个刀尖增加了定心的稳定性，圆弧刃又在工件上切出了凸形环筋，有利于钻头定心，从而限制了钻头的偏摆；钻矩可降低30%左右，所以可以用较大的进给量钻孔。)4）工艺范围广，加工质量高（