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。
1 T* j7 x$ g7 n, g- T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。
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：
9 `2 R1 a+ {. K9 y; a- g
图1 FTO-GDXL的外观

图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
) W: p' w' g/ r4 Y5 m: ^尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
' O( O$ H+ X" f% G) K0 b3 E3 A孔深：120mm盲孔(20×D)
* B0 E' S- S" M5 h$ u加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
1 z0 ?; T$ R  v1 b$ g导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
& s  z5 S" Y% t8 o3 \6 y* t. |$ i2 j+ T" |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。
8 c* C: V8 X/ b
/ Z8 m2 ~, D/ {9 {  ?图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
! u1 k( I* L1 f: N- B, g+ i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。
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。
7 _! c1 O  P/ O7 C- a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。
- j# D* F# N: P! O* M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。

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。
图6表示的是进给量依次增加时的寿命。

7 e2 w9 C+ G  g* V. F图6 各种条件下的寿命
8 x" y% `8 k5 x% t3 K) Y3 @
+ M  s+ P' J& n9 h图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
+ F% m- q9 I( D2 z  I( c孔数
1 `! {+ B5 q$ Y% [) B/ D( e3 O光洁度Ry[µm]
8 ^! t8 Y! T8 C8 K孔入口
孔中间
8 Q+ E  z- d% v+ c4 D2 L6 L孔底
% O) k1 Y$ U/ W% U/ l' z9 S第1孔
5.00
3.50
/ _, c$ _9 a: ?9 z4 n3.84
: {2 g% \! i$ n) s6 G第2孔
5.16
5.78
4.70
第3孔
5.36
6.00
5.80
第8孔
4 |6 o: n, ^9 G2 G9 f2 x) k& P8 }2 [4.24
4.94
3.98
第9孔
. F' A8 h6 ^& Y5.94
7.04
1 B& S& H/ N0 h5.18
* b: ]+ d+ k  u5 `) b4 q第10孔
5.14
5 Y' L& I2 A" K3.72
5.40

0 E, C6 F% Q, a9 F' w; ~图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
5 ?, S+ ~3 y1 o9 H3 Z( r$ H& n图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
6 d' |+ {& w1 t* h2 g# O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。
, ]5 k' A2 w  }+ I& Q4 E. U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。
% F0 B3 Z" g' K% b% h  T8 L1 W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。
# D$ X( w) i7 Y* p, W$ f9 ]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。
+ Q4 l* [; E) Z  F, ]& j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。
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。

3 {7 m, _* I2 C1 q# y图9 加工过的孔的垂直度
2 u$ M& G( M2 j/ w尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
2 |2 a8 ~* d8 s9 m, t8 p: o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)
阶段式加工：无
& O7 ?  w( u  L机械：卧式M/C BT40
% @2 ?% ]5 |/ z) {9 s0 B9 c8 i切削油：水溶性
空气压力：3MPa
/ Q0 `; G  C8 d# ]+ w导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
☆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
( y* v9 g- ~5 ^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。
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。
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。
9 Z' \" U. T+ T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。

图13 S50C MQL加工的切削耐久性
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。
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。
9 W# x; J3 v% D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。
9 r7 Y# I4 ?/ A) g2 Z, |切削材料
尺寸
4 m+ ?* E* L; Z" Y/ u切削速度
9 \" p5 t/ M; J" i) K. k3 R+ B切削量
孔深
切削油
; S- n# v; A! q9 A* X1 v7 LFC25O
6 j" e. A" ^/ l1 W* ^' Y) {: mØ6
8 t+ ]9 y" i# @# }7 y5 j" O120
0.5
130
MQL
SCM440
Ø6
! s1 Y/ l& z1 R. X1 H( N8 s80
0.14
0 x, ]8 Y+ S7 U2 S/ @120
* h1 s# U6 O- X, PMQL
FCD700
0 ]$ r3 ?' N: }6 ]Ø5.6
60
0 .3
( @" W- t. @! S: w70
MQL
SCM420H
Ø5
80
  @2 a4 _9 `+ K1 b0.4
% M& V7 \& l" ]+ q! k, [100
水溶性
" N4 G, S7 W7 N! O% ?SCM415
( u" C/ S2 F6 F+ d: T& KØ5
80
' K6 F) _" p/ {0 c, C8 n% i2 K0.25
150
水溶性
SNCM439
# N* ]0 u" ]0 P( {Ø5.05
90
3 Y4 X  q( E. X4 }# R3 Z* W0.2
75
% ?; R  N/ R! T( z) [水溶性
SUS420J2
6 w, l! B: {5 V) m& g7 JØ6
80
) x1 e6 W$ D  a6 t% f0.2
  x! N+ m# @2 y/ _2 @4 H120
( J7 j& S+ R: ?# g, \& Q  p水溶性
15-5PH
. U9 C( e1 O. CØ4
60
0.12
80
2 B0 \% V1 N- k# ]3 u3 J/ B& V水溶性
: f& C0 V: x0 t' ~* J+ ~* H  wSKD11生
3 Z7 v7 K) n4 @6 HØ4
$ x+ ^" O9 ]- k* U% Q150
& F- t/ K: d9 m( e- D5 A0.12
$ [4 [9 U8 i4 [" ]80
水溶性
SUS430
Ø5
+ n$ l; X0 ^% V: x+ U+ v, `/ Z80
0.15
150
5 x' x2 J- p6 S' N9 }油性
图14 各种加工材质的加工条件
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