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。
7 O: _' W2 v. R; I  h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：

; b" j" x; N* K9 i! ?图1 FTO-GDXL的外观
# [( N' ^* w; G( e/ w$ K
) t/ P1 S% o& w! P  A3 Y' j图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
* y; z% \# g6 I$ x5 Q: ^% t3 Y切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
+ C" d# a/ A1 S( t7 m  P9 F孔深：120mm盲孔(20×D)
; C! h0 w! U/ G3 |& t" r+ P加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
3 J1 x" Y, Z& N7 M! Z空气压力：7MPa
  I, L6 D  Y) P7 J) L导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
8 j3 @" J7 R" i5 W  G% c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。
9 {( f, C7 u( |2 n8 D, M, i
& r+ O- g0 l- M" Q$ @# R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。
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。
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。
+ ~5 ~5 V, Z0 H( [7 P% Z. D
图5 FTO-GDXL的切削抗力图
1 q' W3 l9 S( q( F! w+ o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。

图6 各种条件下的寿命
8 r6 N8 r+ e2 B
" K# ^( q! L( h9 m图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
  U8 x/ J: }, S3 r- U孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
孔底
- f$ D0 l1 S2 }, a第1孔
$ P) I) Y' l; E2 |3 ?, W5.00
3.50
/ x" s! c& Y6 J$ O3.84
第2孔
5.16
8 u- C3 P% C9 _; o5 X% W5.78
4.70
第3孔
2 Q% k8 C+ X: u3 K2 J+ H1 G5.36
6.00
9 r4 a/ R' ?# c6 e5.80
第8孔
4.24
4.94
3.98
第9孔
5.94
5 }$ m  m+ ^+ m7 d, `2 H. M; b5 ]7.04
7 m$ z! k5 P5 H  {, o. w5.18
第10孔
5.14
3.72
( y+ B% Z3 X- `5.40
  H8 P2 z% v  N/ D* |5 s
图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
; c: E: v' X6 Y! e% ^图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
; V. j* n# M, P3 y7 W$ G' x1 e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。
$ f* r$ y+ Y) r& E) m. L& |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。
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。
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。
5 G4 t) k" n+ r2 y) T7 V" o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。
, W. q+ J. s; B+ I9 p6 ~- X7 q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。

1 {" Q* P5 H/ r" q图9 加工过的孔的垂直度
% C& ]2 n4 C2 A" \# B8 `尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
" y, Q# L- `1 L; X6 l切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
! J0 g( X! i9 q" ~: L! K孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
, ^; W6 R" `! y, J% g2 R  X阶段式加工：无
( [7 R0 R5 S; v& F+ z机械：卧式M/C BT40
切削油：水溶性
& [, x2 M/ [  e" Q空气压力：3MPa
导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
: o3 R3 W- A6 u/ j' O☆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。
& \: e5 v% L, m: A图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
; n( w  a8 r( q6 H. u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。
, r; a0 `: b+ @9 A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。
: I7 g* T' E2 @( Z6 p" p& M# g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。

! p1 w9 I" t- d9 j# o" ~* g图13 S50C MQL加工的切削耐久性
5 r8 M. S& M' R3 T$ 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。
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。
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
5 x% Z. W1 M# P2 f, _# u% N5 u尺寸
1 r  C/ q1 z  f, l7 q% d切削速度
切削量
孔深
切削油
# p( g, |6 c* j; x3 vFC25O
Ø6
/ N0 h+ p( y* z120
- b2 z; e+ `+ g" V  q/ b0.5
130
MQL
SCM440
Ø6
80
) Y/ k6 y( B, ^. ^, X0.14
120
  f8 T0 K, {+ h8 g$ ^( x& I' nMQL
FCD700
Ø5.6
60
2 L5 J1 V/ h' o' g3 C7 d9 f0 .3
, Q& B' E+ ]2 c$ \70
MQL
SCM420H
) `4 Q+ i& d5 a7 s. z5 y8 SØ5
80
0.4
, D( N+ E( i# o100
, m: u$ {1 G- V, s( i6 m) _  r, q. f水溶性
" N7 y$ D8 e1 G5 v2 ?& u0 @SCM415
: {/ Y* z$ |9 TØ5
; i7 D- n" j$ r' Q# k80
0.25
% `2 r4 q% @7 e- t6 M- q150
1 T2 b/ A- z4 j$ i# g6 Q水溶性
SNCM439
Ø5.05
90
0.2
) K" k+ N' @- [7 ]9 M" e* H) T, G$ v3 _- c75
" r* K: l- l; ?水溶性
! z5 F# u% \7 q* ?3 l5 ]SUS420J2
Ø6
80
0.2
! @: X# X1 d" N0 g, \6 r1 l120
水溶性
/ |4 k6 }1 w3 O2 |0 }0 g15-5PH
Ø4
60
. E4 b) ]! ~) e- A! x, r0.12
80
8 Z, l) t6 `0 {( D8 \水溶性
SKD11生
( ]" a/ T& t; V2 f' I5 W4 Y8 SØ4
150
8 k' P$ v; ^* G. D1 X* o, x0.12
80
水溶性
3 O& O' w3 Q& E/ |9 G8 @* XSUS430
$ D6 b. A4 N8 `  n7 ]  a$ ZØ5
! ~, F" k8 Y. \2 y1 D+ Z: f/ M80
0.15
150
油性
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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