WSTAR钻头提高钻削效率

实体上钻孔的工艺被称为钻削。钻削在机械加工中所占比例很大，仅次于车削位居第二位。钻削的主要工具是麻花钻，但是，使用麻花钻钻孔存在着许多固有的缺点：

□ 为排屑做出螺旋槽，并要保证钻头自身强度需有一定的钻芯厚度，在钻头顶端必然存在横刃。旧麻花钻横刃处前角约为-54°～-60°，横刃有一定宽度，切削时不能正常切削而是刮擦，挤压工件产生巨大的轴向力，且不易钻入时定心。

□ 螺旋槽面构成主刀刃的前面，主刀刃各处的前角是变化的。从旧麻花钻外圆约+30°到接近中心约-30°之间各点的切削条件不同，损伤形态也各不相同。

□ 主刀刃较长、切屑宽，卷屑排屑困难，且各点切削速度大小与方向差异很大。

□ 刃带处副后角为零，而该处切削速度又最高，刀尖楔角小、散热条件差、磨损快。

为提高钻削效率，三菱公司作了持续的努力。其主要钻头材料已由高速钢、一般硬质合金改为以超微粒硬质合金为主；涂层也由一般TiN 到普遍采用Miracle技术沉积的特殊（ALTi）N，这种涂层其硬度、涂层结合强度、抗氧化能力得到了大大提高。除此之外，三菱公司还在钻头的结构上作了不断改进。于20世纪80年代推出的ZET1钻头基本系列，钻头顶端进行了X形修磨，使横刃为零，轴向力大大下降，后刀面磨有三重后角，使定心方便，不需预钻导孔，直接钻入，重磨也十分方便。此外，钻芯上设计有双螺旋内供冷却液孔，使得排屑改善、钻头使用寿命更长，可钻削深度（L/D长径比值）提高，一般内冷却的钻深可达到L/D=5。

最近，三菱公司又推出全新的高效WSTAR新钻头系列，对螺旋槽与主刀刃结构进行了大幅度改进。WSTAR新钻头系列的主要特点如下：

□ 主刀刃的改进

图1 改进了的主刀刃与螺旋槽结构，独特的波形切刃和螺旋槽形状可使排屑效果非常好

由直的主刀刃改成具有凹形与凸形的主刀刃。主刀刃在近钻头中心处设计成凹刃，使原来的负前角处达到正值（如图1所示），提高了该处的切削锋利性与切除切屑的性能；主刀刃在近外圆侧设计成凸刀（如图2所示），原来该处正前角过大、刀刃强度低，现在使正前角值减少，从而提高了该处切削刃的强度。凸凹刃结构使宽的切屑分断，切削力减少，并易排出。

图2 主刀刃各处前角的变化

□ 改善顶角结构

横刃继续修磨使之为零，修磨出多重后角，使近中心的顶角做得更小，更易定心钻入。

□ 设计新的螺旋槽形（如图1所示）

靠刃带（副切削刃）处设计具有较大的曲率，而远离刃带的跟部曲率较小。前者使切屑易于卷曲，后者使切屑更易排出。

WSTAR钻头的新槽形按CAE进行强度计算，与以往整体硬质合金钻头相比，其弯曲刚性提高了20%，抗扭转刚性提高了30%。带冷却液孔的钻头并不会降低这两方面的刚性。

在切削加工中，测量到的WSTAR钻头三个方向上的切削力（Fx、Fy、Fz）都要比旧型号低，总的动力减少达15%。由于WSTAR钻头的结构合理，材料采取超微粒硬质合金加上Miracle技术VP15TF涂层（如图3所示），不但能顺利钻削钢、铸铁、合金钢，且能钻削奥氏体不锈钢、耐热合金、Ti合金等难加工材料，因刀刃锋利、排屑好、切削力小，寿命也很长。

图3 VP15TF组织

系列化的WSTAR钻头产品，进一步发挥了它的特长，并扩大了使用范围。其扩大的二种新系列产品分别为：WSTAR深孔加工长钻头和带可弃换式刀头的WSTAR钻头。

1. WSTAR深孔加工长钻头

WSTAR长钻头充分发挥了WSTAR结构与材质的优点，可高效地一次加工出L=30D的深孔。该钻头是在WSTAR的结构创新基础上，使倒锥角减少，进一步提高了直进性与刚性，并适当扩大槽断面面积，以加速切屑排出。与高速钢钻头与枪钻同时加工直径 6深150的孔，WSTAR钻头由于结构与材料性能的卓越优异，能以较大进给加工（V=80m/min，fr=0.25mm），其效率与枪钻（V=60m/min，fr=0.05 mm）相比高5倍，且不需用特殊的深孔钻床；与高速钢钻头相比（V=20m/min，fr=0.1～0.2 mm）效率高出10倍，不用步进断续进给，可连续进给一次钻出。

由于WSTAR长钻头切削性能高，排屑性能又好，不需外加高压冷却液，用低压半干式供冷却液即可，大大节省了相关设备与油料费用。这样加工后，钻头磨损小，尚可持续加工。但加工时应注意以下两点问题：

□ 加工不通孔时，应先钻导孔深1D；加工完后，后退1～2mm，再低转速退出。

□ 加工斜面上孔时，应先用立铣刀或锪钻加工出平面，钻出导孔后再打孔。

当加工L/D＞10的孔时，应将推荐切削用量下降。控制好以上各事项后，L=30D的孔是可以一蹴而就的，且可保证较好的加工精度与表面质量。

2.带可弃换式刀头的WSTAR钻头整体的WSTAR钻头

损伤后存在一个重磨、重涂的问题，而在重磨、重涂时常常产生加工品质，如尺寸、形状精度、表面质量不稳定、寿命下降等问题。由于整体都是硬质合金，这种钻头的价格相对比较昂贵。如果采用机夹装可弃换刀头的WSTAR钻头，不仅价格较低，省去了重磨重涂所带来的麻烦，保证了加工精度的表面质量，而且寿命稳定。一种刀柄还可以装多种尺寸的刀头，使为保证正常生产钻头的库存必要数量大大下降。

这种可弃换式WSTAR刀头的结构特点与整体WSTAR钻头相同，与刀体结合安装部位采用锯齿形结构，安装刚性高、精度也好。更换刀头时，只需松开螺钉即可，可弃换刀头的材质与涂层也与整体WSTAR钻头相同。刀柄则是用高温强度高的特殊合金钢制成，并施以特殊表面处理，耐机械刮擦性，耐腐蚀性能高。

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