钻孔技术

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以下将介绍孔加工用的高速、高效加工用钻头，以及有利于环保的MQL加工方式。
/ Z% Z2 |: a" [( q+ h首先介绍的是，可对钢材进行高效深孔加工的加长油孔钻，类似于曲轴斜孔加工这种对钢材进行深孔加工的工艺，可以说是孔加工中最困准的。近年来，随着高速加工的发展，刀具的硬度也大幅提高，但是在这样的深孔加工中，即使是高硬度钻头也容易发生崩刃、排屑堵塞等是使加工不稳定的因素。因此，厂商大多使用的是低进给速度的枪钻，或是使用高速钢加长钻头进行阶梯式加工。
, L; C# S) r) E4 c/ ~& S2 m针对这种情况，OSG新推出了对于高速深孔加工具有革命性意义的FTO-GDXL，它的特征和外观如图1所示：

图1 FTO-GDXL的外观

图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
5 [* K! Z3 w& L  ~9 l  _尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
4 B$ g1 S5 x7 ]切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
8 c1 f3 X- w: }7 E加工机械：卧式M/C BT50
0 |* g: O0 Z  E) j$ W* P切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
2 Z/ f2 @- D0 s3 A5 ^9 h/ T5 L" g导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
! U* v6 m' X# c图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
它的特征是可生成细小切屑，并且拥有能顺畅排屑的螺旋槽。螺旋槽的形状和横刃共同作用将切屑切碎。而且，螺旋槽有足够的空间将切屑顺畅排出。
0 u( e4 {1 H7 t. [, V' i2 ?
- j! _2 |* a* u# X& U( q" Q6 |/ N图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
此外，关于刀具的材质，由于钻头的切入量很长，容易发生崩刃等情况，所以采用了粉末高速钢中特别耐崩损的高级材料作为刀具的材质。TiAlN的涂层表面与以往的涂层相比，提高了光滑性，以利于顺利排屑。
! \8 s2 u% m  O/ B- c下面介绍一下FTO-GDXL的切削性能。首光是高碳钢的加工案例，同传统的加工方法比较，加工效率、加工负荷、寿命等如下所示。加工条件如图3所示。需要注意的是，使用此款钻头时，导孔是必要的。
由于刀具的悬臂很长，如果没有导孔的话．钻头的切入部分会产生震动，孔的入口直径会变大，当然寿命也会降低所。所以最适合的加工条件如图3，即先用短刃型硬制合金钻头进行导孔加工。
导孔的直径为钻头直径+0.02mm～0.1mm以下．前角应等于或大于钻头的尺寸这样钻头可以从中心部开始切入，不论是寿命、精度还是安定性都比较好。
; i( P+ J* y1 W  ~4 k) E. V跟传统的深孔加工中被广泛使用的枪钻或高速钢加长型钻头相比，FTO-GDXL的加工效率最高是枪钻的6.5倍，是高速钢加长钻的15倍。
, a8 G1 y3 @/ \3 ]$ R
图5 FTO-GDXL的切削抗力图
图5是用FTO-GDXL进行加工时的切削抗力图，如图所示，在高进给的情况下图形平稳，随着孔深的增加，切削抗力并没有增加。而且排屑顺畅，并无堵塞现象。
2 j4 u' I5 `0 C3 ?9 E' w图6表示的是进给量依次增加时的寿命。

图6 各种条件下的寿命
/ i' X& h; V; P* M" v' Z6 E. I# q
; G' ?. s2 |' m, s' W# N9 m* N图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
孔数
9 Q6 Z5 k: d+ P光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
6 f) v, C8 {1 V- a: j# ?+ G9 e孔底
/ r" a  B# Z+ t3 r$ M/ H2 ^第1孔
4 q" k8 N; \& ^0 z6 P  Q5.00
3.50
3.84
第2孔
8 H6 Y' P" [7 ]+ w1 N8 a6 s# ^( W5.16
5.78
4.70
第3孔
4 C4 Q' G( B9 f- W6 o  a5.36
6.00
5.80
第8孔
4.24
4.94
$ W& p  _5 ^0 G% U' X: z) d0 O3.98
( E& b1 X4 d* O+ ~6 ]3 |3 c第9孔
5.94
0 |! d: \" k- j7.04
$ T; M+ l% w. G2 Q5.18
第10孔
5.14
) Z+ o) |4 w' W/ v5 `8 v3.72
5.40

图片是加工第10个孔时的断面图
) d( B/ i" B1 J6 I9 g- p(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
* K  P. u3 Q. N! l0 j即使是20倍直径的深孔加工，不论在何种加工条件下，加工孔数都在800孔以上(切削长度97m以上)，这是史无前例的高效率、长寿命加工案例。刀具寿命判断标准VBM为0.3。
加工过程中的孔径推移如图7所示，孔壁光洁度如图8所示。
; G" y2 e) z5 z/ z关于孔的扩大量，孔口0.01mm以下、中间0.003mm～ 0.007mm、孔底0mm～0.004mm，这样的扩大量是非常小的。孔壁光洁度也很好，只有Ry3.50µm～Ry7.40µm，我们可以看到，用FTO-GDXL进行的是排屑顺畅、没有震动的切削加工。
7 J" U- r/ T" y/ l5 g# I6 P  B像这样用加长钻头进行孔加工时，孔的垂直度是一个问题。对于这个问题，如图9所示，用FTO-GDXL加工的孔从孔口到孔底的垂直度极高。
下面介绍更深的孔加工案例，加工材质SCM415H非常易粘结，容易排屑堵塞，但FTO-GDXL加工时30倍直径一气呵成。加工条件如图10所示。
  v- Q6 I% r9 E" S! s/ i4 g, u象以上的加工条件．传统型枪钻加工一个孔的加工时间为1分30秒以上．如果用FTO-GDXL的话只需要19 秒。主轴负担也很稳定，如图11所示，像这样易黏结的材料，切屑也很细小。
- F8 ^& G) _1 ^; |. A. P; u
3 v+ G7 u! E) x/ U, ]图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
2 o! y& ~  u( E, l! T0 d) ?阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
切削油：水溶性
空气压力：3MPa
# f; [/ k/ v& M! I; Y导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
# T! Y1 X* f, y☆低转速插入导孔，插入后待转速达到指定转速再开始加工。加工后再降为低转速。
图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
9 Q$ |* _& c2 }现在开始介绍MQL的加工案例。近年来、由于环保问题的备受关注，切削加工现场为了极力减少废弃物，越来越青睐半干式加工。其中汽车制造业对MQL加工也很关注，FTO-GDXL也能很好的进行MQL加工。下面介绍它的加工案例。
- f6 d% x* u9 r" G9 r汽车制造业中，曲轴、缸体、缸盖等发动机主要的部件加工都开始采用MQL加工。这其中、曲轴上的油孔大多为10～20倍直径的深孔加工。如果用传统的加工方法进行加工，加工时间、刀具寿命、稳定性都是加工难点。
  x: F4 P$ @: C7 k! e% Z- t由于以上介绍的部件加工非常困难，所以主要使用的是之前介绍的枪钻和高速钢加长钻头。像这样的材质硬度高、难加工部件，可以用FTO -GDXL来进行半干式加工了。
% x. o# M  M. x* T" p1 |下面是用FTO-GDXL，对S50C进行MQL加工的加工案例。首先加工条件如图12所示。

( ]- `5 B2 b  S9 }  \) q! V图13 S50C MQL加工的切削耐久性
" h" x- X+ z& q5 F! e切削寿命如图13所示，并且钻头可以进行再研磨、再使用。所以再研磨性能也是决定产品价格的重要指标之一。图13是新品、再研磨、再涂层的寿命的比较图。
# {: ]4 _& f' C' s4 n  K9 y8 {6 J! T如上图所示，即使是MQL加工、切削长度100m、还可继续进行加工，它的寿命是非常好的。并且，经过再研磨、再涂层后，还可获得跟新品同样的切削长度。
* R- A. I/ K5 l! n9 A如以上所介绍的，FTO-GDXL是可以进行高难度加工的高速深孔加工用钻头。最近、加工材质除了以上介绍的S50C、SCM415H以外，还有FC250、SCM440、SCM420H、SCr420H、SNCM439等材质，甚至是对于加工难度很大的SUS420J2、15-5PH 、SKD11(未处理过)也可以进行10～30倍直径的无停顿一次成孔加工。实际的加工条件如图14所示。
切削材料
  k9 p! o: D7 M尺寸
( ?, ?, i( M+ p& K0 I- |" ]切削速度
, {  c5 c& s9 P0 E切削量
孔深
切削油
; S* c4 Q- t9 ?7 AFC25O
& ], |/ F$ Q( i8 NØ6
5 {# U! O9 k& w. k6 }120
; O/ e6 V: s+ h% i- e0.5
130
5 P( q8 c- r3 [! G3 z/ PMQL
SCM440
& W5 G( }6 B- v$ F9 A. J& e. ~& oØ6
! i0 [, L* u! @, B& b/ \% i80
  t8 O4 r* e& Q2 @7 I0.14
120
2 {' U# }8 A. _1 r8 H4 dMQL
: T1 a/ t6 z6 H9 A0 L$ jFCD700
Ø5.6
, u( D  ^# W9 n# W; H& D+ z60
  w6 D$ j/ }, i% Q( C- E3 }9 {5 j0 .3
70
MQL
* e: L- H4 b, w3 ]4 l; O, b! f) zSCM420H
Ø5
( d) Y5 }, x" L; R1 v  b80
4 Z& G* J& y! w9 s0.4
100
: Y/ }3 e  {/ P' f" U: M水溶性
SCM415
4 U9 u, u% X- I, }/ y0 p. C  jØ5
) q- I1 H" a* W' u' ?. u$ W80
; n( G5 j6 e* |& i( d, U0.25
( H6 A, K) {/ C: T0 u5 g" I150
8 r6 ], x# r( `7 Y! v0 g0 t水溶性
SNCM439
Ø5.05
: `& y! G% x8 n" }90
; x  k; R( v/ R& m# a0 S8 S+ x0.2
75
水溶性
SUS420J2
$ u* [% J0 I5 y; p# ]% cØ6
80
0.2
120
9 ~0 D: A6 S) H水溶性
( `& z) p( o4 O! k7 w15-5PH
# m) @1 h. Y7 \9 O( \Ø4
60
7 @& b$ E9 c9 j# r4 }' ?0.12
# L$ x. d, W. j7 y7 {! T" b" w80
1 ?2 _  R- ?& A; @* C0 H0 E水溶性
) N% ]& ?  K. H( BSKD11生
Ø4
150
0.12
& T2 m0 @* A% o' Q* d# W+ U$ s- ?80
8 U! @" R* `/ ]* h( o' J9 I2 z) @水溶性
% t. F$ @( t! U$ a' q  |! KSUS430
Ø5
80
5 N% ^; g4 z$ N; k0.15
150
2 g8 K& |! o! p7 z* X& p, b3 s油性
! `$ s- b$ ?0 K图14 各种加工材质的加工条件
今后我们将致力于开发加工孔深更深、直径更小、速度更快，性能更好的新型钻头，并提供整体式的深孔解决方案。如果您在深孔加工中有任何疑问，OSG永远欢迎您的来电。
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