孔加工技术的最新发展动向

作者：黄宁秋 译    来源：《工具展望》

欢迎访问e展厅 展厅 2 钻头/丝锥/板牙展厅 麻花钻, 钻咀, 丝攻, 丝锥, 板牙, ... 在零部件加工方面，孔加工所占的比例依然很高，有关高效率、高精度孔加工的技术发展动向也备受大家关注。近期，由于孔加工技术和产品的快速发展，使涂层硬质合金钻头、铰刀等孔加工刀具的使用量大幅度增加。 涂层硬质合金钻头的切削刃形状已得到优化，旨在提高其加工性能。例如，在钻头的顶角、横刃的修磨、采用直柄（与立铣刀杆同一直径）等方面都进行了完善的考虑。 采用铰刀进行孔的精加工、采用螺纹立铣刀进行螺纹孔的加工等方面，同样朝着提高加工速度和精度的方向发展，使刀具产品和加工方式呈现出多样化。 本文将介绍孔加工技术的最新发展动向。 高速、高精度钻削加工 过去，钻孔加工主要采用高速钢钻头，钻削加工技术也一直没有太大变化。 但是，随着涂层硬质合金钻头的使用不断增加，出现了钻削加工高速化、高精度化的趋势，而且考虑到环保要求，引入了干式切削、半干式切削等技术。孔加工的新发展主要表现为：①涂层硬质合金钻头能以超过60m/min的切削速度进行加工，实现了平均只需几秒钟即可加工一个孔的高速钻孔；②开发了用于钻削高硬度钢的钻头，使钻削加工60HRC左右的高硬度钢成为现实；③干式、半干式钻削加工孔深达钻头直径约20倍的深孔已有加工应用；④钻头外侧切削刃的R形设计可有效防止在孔的出、入口部位产生毛刺，并可改善孔内壁表面粗糙度。 钻头切削刃形状增加了平面形状的第3个后刀面，使横刃部分很薄，减少了钻削时的轴向力。 尽管减小切削刃部分所受切削力的目标一致，但不同生产厂商的钻头切削刃形状各具特色，呈现出多样化的趋势。 另一方面，对于像模具零部件这种钻孔加工较少的情况，追求的是合理地进行孔加工，除采用钻头等孔加工专用刀具外，还采用了立铣刀，按照螺旋线或环形走刀方式进行铣孔加工，从而减少了加工不同规格孔时所需的刀具数量。 关注度不断提高的微小孔切削加工技术 在电子（包括数字家电、数码相机等相关领域）、医学等领域，对于许多有望在世界范围得到发展的产品，要求在其微型结构上进行微小孔加工时既要达到高精度，又要实现高效率。最近出现了能够对微小孔进行高速、高精加工的小型高速加工中心，使钻头微型化趋势不断强化。 另一方面，微小孔加工技术已涉及到切削、放电、激光、电子束以及冲压等领域，因此需要选择最适当的加工方法。在这些加工方法中，能够很好地适应产品数量、孔加工模式、加工精度等变化的加工方法仍然是切削加工，现在其使用范围也最为广泛。 进行微小孔钻削时，能够达到的最小孔径是由所能制造的钻头直径决定的。据数家公司介绍，现在微型钻头的直径可达到10～20µm。 钻削微小径孔时，切削参数的设定因钻头材质而有所不同。硬质合金及涂层硬质合金钻头因基体材质的弹性模量（杨氏模量）较高，高速旋转时因离心力引起的钻头刀刃前端振动很小，因此可采用该刀具材质标准切削速度的高转数进行钻削。而烧结金刚石钻头则可按最高切削条件进行钻削，由于它具有优良的抗粘结性，因此可实现高精度、长寿命加工。 在一件产品上钻削数百个乃至数千个微小孔的情况也很多，此时需要考虑发生孔径扩大、弯曲和孔距精度要求等因素。采用图4所示的导向孔或中心孔，可防止钻头前端发生振动。进行适量反向进给，能够确保排出切屑，有效防止钻削故障。 另一方面，适用于微小孔加工用的加工中心具有高速回转时振动小、能实现高精度平稳定位的特点，并具有良好的动态特性。 近年来，必须使用微钻加工的工件材料从高硬度钢、不锈钢、铜合金、钛合金到陶瓷，涉及范围十分广泛，设定的最佳切削条件也随之变化。 钻头切削时需要使用冷却液。例如，钻削不锈钢时需要向切削刃供给润滑性能高的切削液；而像陶瓷一类的材料会产生粉末状切屑，只有使用水溶性切削液才能有效排出碎屑。所以，应针对不同的被加工材质选用相应的切削液。 为使微小直径钻头以最佳切削速度进行钻削，加工中心主轴应具备高速旋转功能，高速加工中心的最高主轴转数约为每分钟3～5万转。 控制微钻的刀刃形状和柄部振摆对于提高孔加工精度、延长刀具使用寿命行之有效，因此高精度的钻头刃磨必不可少，即必须具备能实现1µm进给量的进给机构、高振摆精度的砂轮主轴的高精度工具磨床，以及高水平的刀具磨削技术和高精度检测系统。 用于高速、高精度钻削的钻夹工具系统 与称为钻夹头的三爪式夹头相比，使用更广泛的钻夹工具系统是具有高刚性、高振摆精度的弹簧夹头系统。 插入式弹簧夹头系统具有可夹持钻头直径范围广、夹持刚性好、夹持精度高等优良性能。近年来，为了提高夹持速度和精度，热装式夹持系统日益受到关注，它非常适合用于夹持转速达数万转的微小直径钻头。 孔的高速、高精度精加工及螺孔切削 使用最多的孔的精加工刀具仍然是铰刀、镗刀等，但也可以使用立铣刀按螺旋线或环形走刀方式进行精密铣孔加工。可采用涂层硬质合金、CBN等材质制造具有可调切削刃尺寸功能的镗孔刀具，以提高切削速度及刀具寿命。 对于螺孔加工，由于采用了螺纹立铣刀和螺旋插补加工技术，使高速、高精度螺纹切削得以实现。用于M3左右小直径螺纹加工用立铣刀已经面市，对更小直径螺孔加工技术的研究也正在进行。 用于高速钻孔的加工中心 高速、高精度孔加工在要求钻头实现高速切削的同时，也要求缩短钻头移动的时间，这对于数百个以上的多孔加工是不可回避的问题。 以上简要介绍了近年来孔加工技术的发展，虽然仍然采用传统的切削加工方法，但在刀具、装夹系统、机床、使用技术等加工体系的各个环节都已取得了切实进展。 为了改革制造业，在促进高附加值生产中，孔加工是不可或缺的加工技术，对于产品的质量、成本等都具有很大影响。近年来，伴随着产品的小型化和高性能化，对微细形状、微小直径加工技术的需求也有所增加。另一方面，可采用微径钻头加工微孔的小型数控加工中心的出现、涂层硬质合金等高性能刀具材料的应用以及高刚性高速钻头的出现，标志着我们已经迎来了真正意义上的微小孔加工时代。 然而，在技术飞速发展的今天，进一步开发和完善提高涵盖加工中心、刀具、装夹系统、加工条件等的数据库、生成NC程序的CAM系统、工具管理等为实现稳定、可靠的孔加工而构筑的整个加工体系，是生产技术人员面临的重要课题。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/22/2008)