钻削刀具的技术创新

为了努力满足用户提高生产效率的需求,刀具制造商正在不断创新各种钻孔刀具的设计和制造策略。

在汽车、医疗器具、航空航天、普通工程等不同的制造行业,制造商们可以选用各种先进的钻孔刀具,包括高钻进率的整体硬质合金钻头、可转位刀片式钻头、可换硬质合金钻尖式钻头,以及使用日益增多的多功能钻头等,用于钻削各种小孔、深孔,以及一次完成钻孔、倒角、锪孔等加工而无需再进行二次加工。

刀具制造商们充分利用在刀具几何形状、基体材料和表面涂层方面的技术进步,不断推出新的刀具品种,扩展现有产品系列,并将定制设计的专用刀具定型为标准供货产品。

CNC机床(尤其是加工中心)、瑞士型车削中心以及可优化长钻头加工性能的长床身车床的技术进步也使先进钻削刀具的优势得以充分发挥。现代加工机床的高刚性和在高压力下输送大量冷却液的能力对于钻削加工也显得至关重要。

在金属切削加工中,缩短加工时间是人们追求的主要目标之一,对于孔加工也不例外。此外,某些行业对孔的精度要求很高,也给孔加工施加了额外的压力。例如,医疗和航空制造业对于孔的径跳精度和刀具寿命的一致性要求很高。制造商还面临着加工先进工件材料(如钛合金、Inconel合金、钴-铬合金等)的挑战。

整体硬质合金钻头由于其自身具有的高刚性以及其它四种仍在发挥效能的设计特点——硬质合金表面涂层、钻头几何形状、刃带宽度和背锥度(通常至φ25mm),因此仍是一种很好的加工选择。最有效的涂层设计是多层结构的PVD涂层(顶层为可防止切屑粘结的平滑层),它与具有良好抗崩刃性能的强韧硬质合金基体相结合,使钻头可采用更高的进给率进行加工。钻头几何形状需要根据每种特定工件材料(包括难加工材料)来设计。钻头刃带宽度的合理设计则可以提高钻头的钻孔精度和钻进能力。背锥度的大小会影响已加工孔与钻头的接触表面,因此必须根据不同的材料进行精确设计,以避免因发生摩擦而缩短刀具寿命。

日本不二越美国公司(NachiAmericaInc.)刀具分部开发的最小量润滑(MQL)钻头、AGPower长钻头、钴高速钢非内冷却钻头和TiAlN涂层钻头已在福特、通用和本田的汽车厂得到成功应用,与粉末金属钻头相比,在曲轴上钻削油孔的数量可增加一倍,每件工件的加工成本降低了50%。

多功能孔加工刀具因能缩短加工时间、省略二次加工而极具开发价值。作为精密旋转工具夹头和其它整体配合式工具系统的制造商,英格索尔刀具公司(IngersollCuttingTools)的制造工程师们意识到,将钻削、倒角、锪孔功能组合到一把刀具上可以达到加工刀柄拉钉所需要的高精度。为此,他们开发了集多种功能于一体的QwikTwist可换钻尖式钻头。用该钻头在4000系列合金钢拉钉上进行钻孔、锪孔和倒角加工(孔径φ22.2mm,孔深98.3mm),加工时间可缩短7分钟以上。现在,QwikTwist多功能钻头已被列入Ingersoll公司的孔加工刀具产品系列中,并安排了技术团队进行设计和制造。

为了将钻孔与倒角功能集成到一把刀具上,住友电工公司(SumitomoElectric)开发了2种加工系统。一种适用于整体硬质合金钻体；另一种适用于SMD可换硬质合金钻尖的钻体。其中,SumiChamfer系统是在整体硬质合金钻头的钻体上牢固地嵌套一个环形倒角头,然后装夹在套筒夹头上进行加工。倒角环共有3种型号,可完成4～20mm孔径尺寸的钻削和倒角加工。该系统使用工业标准ER系列套筒夹头,随着加工孔径的增大,则相应使用夹紧力更大的大尺寸夹头[ER20(4mm),ER25(9.4mm),ER32(14.0mm)]。加工时可使用2种SumiChamfer式标准刀片,其中一种ACZ310牌号刀片适用于加工所有的工件材料。住友电工公司还为可换钻尖式SMD钻体开发了SMDsumiChamfer系列倒角环,适用于直径12～22.5mm公制或英制的标准SMD钻头。SMD倒角环使用标准的sumiChamfer式刀片,刀片分为有断屑槽和无断屑槽两种类型,均采用ACZ310牌号。

可换硬质合金钻尖的钻头具有用一根高速钢钻体完成一组孔径尺寸加工的能力,从而可减少刀具数量,降低加工成本。精密麻花钻公司(PrecisionTwistDrillCo.)开发了HydraDrill可换钻尖式内冷却钻头,该钻头的钻孔深度为3倍和5倍孔径,有英制和公制两种系列,孔径尺寸范围14～22.5mm,适合在主轴可供冷却液的加工中心上对越野设备、汽车及其它类似零件进行钻削加工。该钻头设计用于大批量加工,可以替代整体硬质合金钻头,每一种尺寸的高速钢钻体可配置多达5种不同尺寸的钻尖,每一种钻头能覆盖约1.5mm的孔径范围。HydraDrill钻头可以方便地更换钻尖而不必将钻体从主轴上取下,它能加工各种工件材料,包括铸铁、钢、不锈钢、镍基合金、钛合金等。

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