可换齿冠钻头及其竞争优势

作者：胡红兵 编译    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, ... 设计思路 整体硬质合金钻头性脆且价格昂贵；与其相比，高速钢钻头韧性较好，价格也较便宜，但钻头太长时无法保证加工效果；可转位钻头具有较好的性价比，但钻削加工后还必须进行后续铰削或镗削加工；焊接式硬质合金钻头磨损后需要重焊。因此，为什么不能在钢制刀体上制造一个整体硬质合金钻冠或刃尖，以同时获得硬质合金切削刃和钢制刀体二者的优势呢？这就是可换齿冠钻头的设计思路。 这种复合结构钻头不仅能将硬质合金钻头的切削精度和速度与钢制刀体价格低廉的特点结合起来，而且可以免除两道既耗时又费钱的工序：钻头的更换装卡和钻头刃部的重磨。这种钻头在达到焊接式硬质合金钻头精度的同时，可以提高生产率、降低生产成本。整体硬质合金齿冠采用自定心几何形状设计，适用于尺寸精度要求高的加工场合，使用户能够满足较为严格的孔径公差。 主要优势 （1）快速更换 据山高刀具公司的钻削产品经理Fredrik Sundström介绍，缩短生产周期和节省生产成本是可换齿冠钻头的主要优势。自从7年前开发出可换齿冠钻头以来，它一直在与高速钢钻头和焊接式硬质合金钻头进行竞争，而勿需重磨和再涂层是其最显著的优点。实际上，可换齿冠钻头的工作效率如此之高，甚至可与整体硬质合金钻头媲美；而与整体硬质合金钻头相比，其钢制钻体又如此价廉。 节省时间是指在更换齿冠时无需从钻夹头上取下刀体，只需从刀体上取下齿冠然后换上新齿冠即可。如果操作者需要加大孔径尺寸，只需更换刀头而无需将刀体从机床上取下。一个刀体可适配多种尺寸规格的齿冠。齿冠与刀体的联接方式有多种：住友电工硬质合金公司采用两个穿过齿冠的螺杆将其与刀体连在一起；山高刀具公司用一个拉杆上的螺钉旋进齿冠底部，将齿冠安全可靠地拉紧在刀体上；伊斯卡公司和英格索尔公司都采用键结构将齿冠转动锁紧在刀体上。 Sundström介绍说，更换一个齿冠仅需20秒钟，且更换后无需作任何调整。当然，必须用压缩空气对连接界面进行清洁，以避免刀体受损。 伊斯卡公司的培训经理Mike Gadzinski估计，更换一个齿冠耗时约为30秒，而更换一把整体式刀具需要10分钟。他说，汽车工业确实非常欢迎这项技术，因为缩短停机时间对于他们太重要了。 （2）节省成本 可换齿冠钻头制造商通常也以该刀具的低成本而自豪。因为可换齿冠钻头只有齿冠采用硬质合金制造，它与钢制刀体装配在一起，比整体硬质合金钻头便宜得多。虽然可换齿冠钻头的价格比高速钢钻头贵，但其切削性能要好得多。由于一个刀体可适配多个不同尺寸规格的齿冠，因此只需要购买少量刀体。 Sundström说，采用可转位刀片式钻头进行钻孔加工成本最低，但其金属去除率却无法与CrownLoc系列可换齿冠钻头相比，且钻孔后几乎总是需要进行附加的铰孔或精镗加工。而可换齿冠钻头的特点之一就是无需附加工序。采用整体硬质合金钻头钻孔时，虽然安装在机床上的可能只有一个钻头，但仓库里需要有一个，还有一个在重磨工位上，另一个刚从机床上卸下，而另一个正在前往加工工位的途中……它们加起来数量并不少。而采用可换齿冠钻头后，只需在抽屉里放上一些齿冠，一个磨损后再换上一个新的即可。 山高刀具公司不推荐对齿冠进行重磨。由于齿冠无需重磨，操作者可使刀刃的磨损超过刃尖上某一点，而对于整体硬质合金钻头，磨损到该点时通常就应该停止加工进行重磨了。伊斯卡公司的Gadzinski也同意可换齿冠钻头不应重磨的观点，认为重磨处理会增加大量人工费用。此外，他指出，对齿冠进行重磨（以及再涂层）的刀具寿命可能只有新齿冠刀具寿命的一半，如果操作工人不知道他所使用的钻头是重磨钻头还是新钻头，当达到重磨钻头（而非新钻头）的平均寿命时他将停止使用。如果该钻头是新的，那么其有效寿命的一半将被浪费。另一方面，如果一个重磨过的齿冠被误认为是新的，就有可能超寿命运行以至于损害工件。 根据Sundström的观点，一个刀体根据实际应用需要，至少可更换15～20次新齿冠。如果采用正确的装夹和冷却技术（山高刀具公司推荐采用内冷却），加工钢件时每个齿冠可持续加工约120分钟。 不同的看法 REM销售公司的区域销售经理Dan Murphy认为，可换齿冠钻头是一种很好的补缺刀具。他推荐加工大孔时采用可转位钻头，加工小孔时采用整体硬质合金钻头。介于二者之间的孔径，如果是大批量加工，他可能会选择可重磨的整体硬质合金或焊接钻头。但是，对于中等尺寸孔的加工，Dan Murphy认为可换齿冠钻头勿需大的投资即可提供多种功能。使用者不必担心重磨程序，当需要比高速钢刀具更好的性能，而加工量又不足以采用整体或焊接硬质合金钻头时，可换齿冠钻头正好可以弥补这一空缺。Dan Murphy也愿意将可换齿冠钻头应用于对孔加工尺寸要求严格的CNC瑞士型机床上，因为这种钻头可根据需要多次更换刀头，可以缩短停机时间。 但是，作为CNC钻头磨床、检测系统和用户设备供应商，Gordon工程公司的Kirk Gordon对可换齿冠钻头提出了不同看法。根据他的观点，硬质合金钻尖在钻削时对刚性要求很高，而钢制刀体的刚性不足，这就像在一辆经济型轿车中装上一台大马力发动机一样。高性能的钻尖需要具有高强度和高刚性的刀体支撑、对中和驱动。Gordon还对广告宣称的可换齿冠钻头可节省加工费用心存疑虑。他同意在理论上采用这种钻头可能会节省费用，但他认为，与可重磨的整体硬质合金刀具相比，采用可换齿冠钻头时每一切削刃的实际成本可能更高。他还认为，可换齿冠钻头并不完全像整体硬质合金钻头那样有效，例如在某些情况下，几何尺寸的微小差异就会影响刀具性能。此外，他还指出，标准的可换齿冠钻头通常不适合用于钻削直径小于1/4″（6.35mm）的孔，因而限制了其应用范围。 Kirk Gordon认为，总的来看，与整体硬质合金钻头相比，可换齿冠钻头似乎并无太大意义。Gordon列举了购买可换齿冠钻头的成本、替换旧刀体的成本、替换（而不是重磨）齿冠的成本以及因转速减慢、精度（孔的位置度、直线度、圆度和尺寸精度）降低而付出的成本。根据他的观点，可换齿冠钻头的最佳用途是用于初学者。这些新手可能尚不具备更换整个刀具的能力，但可以更换齿冠。尽管如此，操作者仍需保持刀体前端清洁并注意观察其磨损或损坏状况。 REM销售公司的Murphy先生不同意这一结论。他说，主要问题在于人们讨厌丢弃东西，人们也不喜欢去了解新事物。购买更昂贵的刀具以消除担心是一种消极的解决办法，作为替代方案，操作者可将使用可换齿冠钻头的宏程序输入机床的CNC加工程序中，在更换齿冠适当次数后再丢弃刀体。他认为，可换齿冠钻头比较适合加工深度为3～5倍直径的孔，而整体硬质合金钻头更适宜深孔钻削。可换齿冠钻头并非“包治百病的灵丹妙药”，其主要加工对象是材料较软、中小批量且深度相对较浅的孔，对于此类加工，可换齿冠钻头可以发挥很好的作用。此外，如果一组工件具有多种尺寸的孔，采用可换齿冠钻头，其刀体可以涵盖适当的尺寸范围，因此只需更换刀头即可。整体硬质合金钻头更适于加工较硬的材料、深孔以及用于大批量专业生产；而高速钢钻头则适于一次性使用或加工原型工件。 几种可换齿冠钻头规格及切削参数 （1）英格索尔刀具公司的QwikTwist可换齿冠钻头规格为0.2953"～1.0197"（7.5～25.9mm），可加工孔深达8倍孔径。 （2）伊斯卡公司提供的可换齿冠钻头规格为0.295"～1.017"（7.5～25.8mm），可加工孔深为3～5倍孔径。 （3）住友电工硬质合金公司推荐当加工硬度为250～300HB、孔径约0.64″（16.256mm）的钢件孔时，切削速度为260～360sfm，进给率为0.006～0.012ipr。 （4）山高刀具公司的CrownLoc P可换齿冠钻头在加工硬度为250～300HB的普通钢件时，切削速度为236～290sfm，进给率为0.009～0.011ipr。(end)

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