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。
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：

5 ?$ H" q! W; \4 B! Q" y! ?图1 FTO-GDXL的外观
: K0 n7 e' Z8 O* v
" g/ N  b5 {' K* v7 G% q. i图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
: s2 V! I  y, {, ?% G* o( j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
% W- w: Y0 Z0 @, w# D孔深：120mm盲孔(20×D)
9 c2 [2 L. q8 n加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
% T2 a' ?" s, Y- y空气压力：7MPa
5 N: ]+ t  K2 n5 a( y导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
$ U  I7 R# c9 d% c  X1 Z6 V' o9 o2 G3 g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。

图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
0 s* k; w3 i( Y& r! j8 |* ^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。
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。
0 s- n# Z! w( W3 k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。
" Q8 [) x- h4 h( T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。
% V1 A6 R) ]+ x2 j$ Y
图5 FTO-GDXL的切削抗力图
0 R; x* l4 L: U1 Y1 }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。
3 N+ a  R  x$ F! _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

" v; a' f' \# ]图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
$ ^$ X" y0 n, X% H6 I孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
孔底
7 O/ ?# t' U. t' F1 F第1孔
5.00
1 x, t- H! L7 q, F: c2 z3.50
7 `/ g$ n: t* V% E1 l3.84
  M6 ?" A* ?3 M0 c9 u5 R第2孔
5.16
5.78
1 s9 @8 w. M- s) ?0 v4.70
2 D: {: u' _$ O8 Y- W( O第3孔
+ u4 n1 Y# e8 r9 w0 V: w2 i5.36
6.00
5.80
第8孔
4.24
4.94
& J$ y: [, ]! P3.98
第9孔
) l& J' y8 _* Y0 k5.94
9 `1 _0 y5 |+ y* _$ j7.04
5.18
第10孔
% ~! ^4 g4 n* w; |, T3 @9 x  j5.14
3.72
5.40
! E# N$ }" L& i, I% F! w3 W. k
图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
0 s& z+ B5 K& G' C. d. g图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
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。
7 I; |7 s8 W% v7 i" ^4 S$ E3 {* u( ?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。
. M( ^  E- _2 a( E* t6 t: v- 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。
( f: ?* v) {9 c; p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。

图9 加工过的孔的垂直度
尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
7 E6 D3 e; D4 h1 l9 O& @% M9 h* N切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
) f% v4 A# J$ |+ k6 G6 ]! O3 w8 W0 a孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
阶段式加工：无
机械：卧式M/C BT40
; @! b0 t2 x6 N! ~5 u1 F切削油：水溶性
空气压力：3MPa
6 C8 {' Q+ K; {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。
+ z- i" e: ?% }* ^' m3 w& ?" ]' L图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
' k: q$ ~" R4 S  s+ H: k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。
) m( k& {& i+ q) }" P( B7 ]" w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。
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
, V3 S( G6 D2 ~9 r( M9 y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。
3 {- a9 T  V3 m3 m/ @* N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。
/ t3 n9 i: w! I切削材料
, N- J5 ^% M+ q- ^9 _& T尺寸
切削速度
' N4 G' |3 E: I' C; `切削量
6 G- _5 `, b; m) Z8 ^孔深
切削油
FC25O
Ø6
. J& G  J4 f7 a" K; r* a120
1 X6 e) }/ n, b( L1 `# a0.5
130
( |# Y9 v6 y; s% F  |0 `8 H6 YMQL
SCM440
9 R- n% \6 u: F0 YØ6
80
9 o0 R- ^6 ~4 C% {2 [+ i+ T0.14
; U" E1 D/ q( |4 h5 S120
MQL
FCD700
Ø5.6
60
0 .3
$ f  I5 q! ]8 u" ^) C% U+ v2 h70
4 M5 _- f. Y( R( D3 L1 U' T) u" uMQL
) l) S+ H* n2 |# ^% c" j% iSCM420H
Ø5
2 b! o0 a1 F2 p3 E# G2 }4 D80
0.4
100
水溶性
9 _' ~3 O, Y* g( DSCM415
Ø5
+ [4 m0 }6 }9 F! M80
  ~" W8 w9 ]1 h8 r% o0.25
150
1 y8 N3 z' a# |5 H9 D4 ^水溶性
5 t3 W: B2 F6 h1 b& oSNCM439
  h: p0 j( {0 D2 g( tØ5.05
90
3 V6 l, Q9 ?: ~- c9 u* `0.2
75
: M5 A2 J) Q  `2 H) {" q水溶性
SUS420J2
- q9 ^+ @4 Y2 L0 I6 d7 Z' VØ6
5 ]) K. X5 ?7 f; ^- i2 f80
7 q, g  a! K% U' i0.2
/ S2 f# M% Y7 x0 H120
: ]7 k6 R* S4 l4 ?! c8 l水溶性
) L6 B8 z8 R9 ]/ R; n15-5PH
" }% E6 N# A1 MØ4
60
# V- l: D! `$ T# C& D9 H' K+ }2 y0.12
8 D: p. m, s7 ]& S/ f! }6 _4 A80
; q6 v0 n1 N- ]/ x& n1 z) n2 g水溶性
SKD11生
8 e3 k- i2 K6 M; WØ4
: e0 o/ |4 N4 @& m5 z150
0.12
80
* g4 J) \0 U; D& T) r; j水溶性
% b; U) B' |. ]( ]SUS430
Ø5
) w9 l+ z0 {, t4 t+ [  X80
0.15
150
4 n: Q9 v5 U* B' @% D7 d- }油性
图14 各种加工材质的加工条件
0 [% o6 q1 E4 S* [* F) ?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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