群钻的各种钻型（2）

魔神

    

第四节  钻铸铁精孔

一、问题的提出

钻头通常是用来钻粗孔的，如果要求孔的精度高、光洁度好，则需要通过铰孔来达到。但是，我们在生产中也会碰到一些特殊情况，如有时对孔的精度和光洁度要求较高而缺乏铰刀，或要求加工出特殊的孔径尺寸而缺乏专用铰刀等。这时，如能使用钻头直接钻出精孔(尤其是对一些铸铁件)，确能起到“临阵破难关”的作用。

二、钻铸铁精孔群钻的特点和使用

钻铸铁精孔群钻如图5-2所示。用这种钻型的钻头来钻铸铁精孔，效果较好。其特点如下：

    (1)如第二章所述，要想得到较精确的孔，首先应注意在切削中保持定心稳定和不产生振动，不使出现多边形。为此，在较小锋角(2ψ=110°)的切削刃上，修磨出圆弧刃，形成一个突起的钻芯刃尖，类似一个小尺寸的钻头，它的横刃斜角较大，ψ=80°，以减小内刃的侧后角，在切削中保持稳定。

    (2)在副切削刃(刃带)上，于2～8毫米长度上修窄，把副后角适当加大，并用油石鐾光，这样可减少刃带与孔壁的摩擦。由于副切削刃变得锋利了，有助于避免在外缘处产生积屑瘤，从实际可以看到，外缘刀刃上的积屑瘤对加工光洁度有较明显的影响。同时光鐾刃带(到▽8)，提高刃口的光洁度，可以避免刃带上的毛刺将孔壁擦伤。

    (3)在切削刃外缘处磨出双重锋角2ψ1=15～20°，形成修光刃，可以减小切削中孔壁上的残留面积。由于双重锋角使切削刃外缘的锋角减小，它的切削厚度相应减薄，有利于改善钻孔的切削变形情况。

钻铸铁精孔群钻切削部分的几何参数列于表5-8。

(4)正确选用切削用量对保证孔的质量有重要作用。钻铸铁精孔，切削速度不宜太高，否则会影响钻头的耐用度，一般选用切削速度v≤15(米/分)即可。进给量的大小直接影响到切削层的变形情况，建议选用进给量f=0.1～0.15毫米/转为宜。在钻孔中，应使用切削液来改善加工条件。

(5)在钻孔操作中，钻头要装正，保证跳动量小，使钻头切削刃口具有较好的运动精度。同时在钻完孔后，应注意先停车后退钻头，防止在退出钻头时将孔壁擦伤。

(6)如能正确运用铸铁精孔群钻钻孔，可以得到精度H9～H7级、光洁度▽5～▽8的孔。但需指出，所得到的孔当其光洁度较高时，则孔径将会出现一定的收缩，即所得孔径比所用钻头直径为小，一般收缩量为0.005～0.015毫米。为此，有时可采取稍损失一点孔的光洁度的办法，来减小孔的收缩量，使得到基本符合钻头原始尺寸的孔径。但最好还是根据实际情况选择钻头的原始尺寸值，必要时，可用稍大的钻头改磨出所需要的钻头直径。

三、钻铸铁精孔群钻的特点口诀

铸铁精孔钻代铰，    两个锋角都较小，

刃带磨窄光外刃，    突出钻尖定心好。

第五节  钻不锈钢

一、问题的提出

    在近代工业尤其是石油、化工工业中，广泛地应用着各种类型的不锈钢。这类钢钻孔时存在的问题，突出的有：(1)不容易断屑；(2)钻头耐用度低；(3)生产效率低。而且这几个问题又互相关联着。过去，在生产中处理这类问题时，常遇到以下几种不同的处置方式和造成的后果：

    (1)为了避免钻头磨损太快，把切削用量(尤其是进给量)选得很低。但是，这样不仅直接降低了生产效率，而且由于切削层薄，不利于断屑，从而影响到冷却效果。实际上未能起到提高钻头耐用度的作用。

    (2)为了不使钻孔效率过低，切削用量(尤其是切削速度)选得较高。这样不仅直接降低了钻头的耐用度，而且还由于磨损加剧，刃磨次数增多，因而也起不到提高生产率的作用。

由此可见，如何处理好耐用度、生产效率与断屑、排屑之间错综复杂的关系，便成了钻不锈钢时极待解决的一项重要问题。

二、不锈钢的特点

    不锈钢的种类很多，常用的基本上可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等三类，其他还有奥氏体＋铁素体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等。

    (一)马氏体不锈钢

    这类钢如1Cr13～4Cr13等，含铬12～19％，含碳0.1～0.5％，能够抗大气腐蚀，且具有较好的机械性能。马氏体不锈钢经调质处理后，硬度略有提高，通常使其HRC≤28。它的切削加工性比退火状态的不锈钢有所改善，淬火后还能提高其耐腐蚀性。但若提高其硬度使高于HRC30，则对刀具的磨损影响较大。

    (二)铁素体不锈耐酸钢

    这类钢如1Cr17Ti，Cr25Ti等，含铬13～30％，含碳<0.25％。因为它比马氏体钢的含铬量要高，无论怎样加热和冷却都不发生相变，故热处理不能强化，但变形可使其强化。在钢中加入钛，可以防止晶粒长大。其切削加工性较马氏体不锈钢差一些。向各类不锈钢中加入硫、磷、硒等元素，可以改善其切削加工性，使切屑容易切离和折断，但却相应地降低钢的塑性和韧性，且将影响其耐腐蚀性能。

    (三)奥氏体耐酸钢

    这类钢最有代表性的为1Cr18Ni9Ti，除含铬约18％外，还含有镍9％左右。它的特点是：

    (1)综合机械性能高除有与中碳钢相近的机械强度外，且其塑性、韧性都较高。因此，钻头在切削这类钢时，形成切屑要消耗很大的能量，这说明切削负荷很大。特别是它的高温强度大，硬度高，在切削过程中，切屑切离时的负荷大，且不易折断，钻削1Cr18Ni9Ti的切削力，在相同的切削用量下，通常比钻45钢的大10～30％。它的冷作强化趋势很强烈，强化系数高。如在冷挤压中，当冷挤压量达40％时，强度极限(％)将由60公斤力/毫米2升高到120公斤力/毫米2，屈服极限将由25公斤力/毫米2增加到100公斤力/毫米2。在切削状态下，加工硬化层大都在0.1～0.2毫米范围内，而表面显微硬度有显著地提高。

    (2)导热性差它的导热率只有碳素钢的1/3～1/4。切削时除一部分切削热由切屑带走外，相当多的热量则来不及从工件传导出去，从而集中在钻头的刃口处，加大了切削刃的热负荷。

    (3)对其他金属材料的粘附亲和性强在一定的高温、高压作用下，易与刀具表面产生粘附现象，而形成积屑瘤。在奥氏体不锈钢的组织中，还存在着少量的碳化钛微粒，也会加剧刀具的磨损。

    (4)线膨胀系数较大比中碳钢的大30～40％。

三、钻不锈钢群钻的特点和使用

    在钻孔中经常遇到的不锈钢为1Cr18Ni9Ti，根据钻削加工性分级(见表5-2)，其分级指标为4、6、7、2。可见，这种钢的主要问题是塑性大，韧性高，切屑不易折断，常缠绕在钻头上，既不安全，又影响到生产效率的提高；而且使切削液很难流入孔内，加之导热慢，从而降低了钻头的耐用度。由于导热率低这个因素不能改变，因此断屑问题成了主要问题。只要断屑可靠，排屑顺利，能使切削液的作用发挥得比较充分，即有可能适当加大一些进给量，以保证达到预期的生产效率，并使刃口有可能避开切削冷硬层，进一步提高切削刃的耐用度。

钻不锈钢的钻型如图5-3和表5-9所示。用它钻不锈钢时，切屑长100毫米左右，呈礼花状，如图5-4所示。切屑从孔中顺利排出，切削液也能顺利地向孔内流入，工作安全可靠。

 

 

    关于这种钻头的使用特点简单叙述如下：

(1)“礼花”状切屑的形成和排出  以图5-4所示的这种钻型与基本型群钻比较可以看出，其不同点是尖高，圆弧刃浅，圆弧半径大，单边分屑槽也浅，B、B′点的刀尖角均较大，εγ≥150°，使B′点在分屑方面处于时分时而不分的“临界”状态；使B点处有时出宽的卷屑，有时则能将切屑撕裂断开。“礼花”状切屑是属于长螺距带状屑与短螺距的螺卷屑的过渡型。正是利用这种过渡的不稳定性，以达到断屑目的。

 

图5―5a所示B′点处于分屑状态，此时外侧段出直屑，内侧段出卷屑。随着卷屑的卷曲半径逐渐加大和直屑逐渐加长，在钻头刃沟槽和孔壁的作用下，二者向一起靠拢，两股切屑的撕裂作用减弱，直至不能分屑，如图5-5b所示。合并后的宽屑把原来内侧段形成的窄卷屑卷在里边，且连同外侧段的直屑一起巷曲，但是原已形成的直屑是向上窜的，它阻止了宽屑的卷曲，于是，当宽屑卷曲一周左右时，便将原外侧段切出的直屑从直屑和卷屑的交接处横向斜拧而折断，如图5-5c。剩下来的宽屑，由于内刃处前角最小，切屑变形最大，切屑呈撕裂状态，而且圆弧刃部分的切屑抗断能力差，容易被撕裂，于是宽屑从芯部开始向外撕裂，如图5-5d所示，一直撕到B′点处。由于内外两段切屑的流向、流速及卷曲程度均不同，又和图5-5a一样，切屑又分成了平直的和卷曲的两股。这就是礼花状切屑形成的全过程。

由上可见，要形成这种切屑的关键是：第一，使分屑点B′处于临界分屑状态，即一般是分屑状态，但当分开的切屑在流出中有会合趋势时，就可以转化为不分屑状态。外刃的单边分屑槽应该磨得比较浅，最好是在刃口的后刀面由沟背转点向刃口方向磨，当磨到刃口处，再用油石将刃口稍为鐾低一点即可。第二，要适当加大尖高（h≈0.05d～0.07d)和圆弧半径(R=0.2d)，圆弧刃比较浅，从而使B点的刃尖角εγ≥150°，以减弱该点处的分屑能力，且又使切屑在一定情况下形成越卷越大的螺卷状，接着，由于该处刃口主偏角的变化、切屑流出方向的趋势不同，导致切屑逐次地被撕裂开，最后又实现在B′点处分屑的目的。第三，B′点的位置应选择适当，ｌ1=1.7～3.3毫米(参见表5-9)，掌握好外刃所出平直切屑的宽度，在适当大的进给量和较低的切削速度配合下，有利于这段切屑在斜拧状态中蹩断，经验表明，切屑过窄而薄不易折断。

    当钻头直径较小时(d≤15毫米)，可不必在外刃上磨分屑槽，即以B点来代替B′点的作用，能达到同样的目的。

    (2)外刃锋角的选择外刃锋角不仅影响到切削刃B点的刃尖角εγ，以及分屑和外刃处切屑的排出情况，而且影响到钻头的耐用度。

    不锈钢的线膨胀系数较大，孔容易收缩，因此，锋角大一些为好，同时控制一定的进给量以加大切削厚度，有可能使切削刃避开冷硬层；适当加大锋角，还有利于排屑，因此有利于提高钻头的耐用度。但是外刃锋角又不宜增加过大，如过大则相应地会使外缘转点处的刃尖角减小过多，反而不利于提高钻头的耐用度。

根据对厚度为52毫米的1Cr18Ni9Ti钢，用5只ψ10.4毫米的钻头，反复重磨不同的2ψ值进行试验，取：进给量f=0.2毫米/转，转速n=320转/分，v=10.5米/分，乳化液冷却。试验钻型的几何参数为：2ψτ=135°，αfc=11°，k=0.7毫米，R=2毫米，l= 3毫米，而改变外刃锋角2ψ的大小为110～150°。试验结果如图5-6所示。

    试验表明，钻不锈钢当外刃锋角2ψ≈135～140°时，耐用度最好；大钻头取较大值。

(3)正确地选用切削用量适当加大进给量和降低转速，有利于实现断屑。而且切削用量对钻头的耐用度影响很大。从钻孔试验中(见表5-10)可以看到，采用姐10.4毫米的钻头，当进给量不变、转速由320转/分增大到400转/分时，钻头的耐用度降低很多；而当切削速度不变，进给量由0.2毫米/转增大至0.25毫米/转时，钻头的耐用度也有明显的降低。

    试验还表明，切削速度对加工光洁度影响不大。

  

(4)钻孔时的系统刚性要好特别是钻小孔时，可用较短的钻头以增强钻头的刚性。实践证明，采用短钻头其耐用度将比长钻头提高3～10倍。

(5)注意充分冷却  一般采用乳化液冷却，根据有的试验对奥氏体不锈钢采用浓度大(20～30％)的乳化液可以明显降低扭矩和轴向力。采用内冷却钻头比普通溅入式冷却，能改善钻削条件，见效切屑收缩系数。

四、钻不锈钢群钻的特点口诀

钻心稍高弧槽浅，      刃磨对称是关键。

一侧外刃浅开槽，      时连时分屑易断。

第六节  钻 高 锰 钢

一、问题的提出

    在工程机械、矿山机械和越野车辆的制造中，常遇到高锰钢铸件，如ZGMn13等。这种钢的钢水有良好的流动性，能够浇出断面比较薄、形状较复杂的铸件。它在经过水韧处理后，可得到很好的韧性和很高的耐磨性，但钻孔时钻头磨损很快。特别是用普通高速钢麻花钻来钻孔，则耐用度更低，因此，如何提高钻头的耐用度，是一个突出的问题。

二、高锰钢的特点

    常用的高锰钢ZGMn13，含碳0.9～1.3％，含锰11～14％。这种钢只有在纯粹的奥氏体组织时，才有非常坚韧的性能。因此，铸件应加热到临界温度以上，使碳化物能全部溶解到奥氏体中，而后在水中迅速冷却，得到均匀的奥氏体组织，这种淬火热处理即所谓水韧处理。在淬火后，钢的硬度并不高(HB179～229)，但若受到剧烈的冲击压力时，钢就产生强烈的加工硬化现象，硬度会剧增到HB450～550。这种材料在受到冲击压力发生变形的过程中，会消耗那些对钢表面继续作用的冲击压力，阻止力的作用传递到更深的钢材内层中去。可见，这对切削加工是很不利的。

    冷加工后，表面层的加工硬化深度决定于负荷的大小和作用延续的时间，一般表面硬化层厚度为0.3毫米左右。在切削过程中，还会形成氧化层Mn2O3，硬度也很高。

    高锰钢在淬火后，若在一定温度下回火，约到600℃左右，塑性即降低很多，变形强化作用减弱，可以改善加工性。

    高锰钢的导热系数很低，约为碳钢的1/3～1/4，而且它的线膨胀系数较高，约为碳钢的1.9倍。根据表5-2可钻削性分级表所示，其分级指标为6、9、7、2，因此难加工的关键在于极高的韧性和很低的导热率，导致钻孔中的热负荷大，钻削温度高。

三、钻高锰钢硬质合金群钻的特点和使用

钻高锰钢不宜用高速钢麻花钻，通常使用钻高锰钢硬质合金群销，如图5-7所示，其特点如下：

    (1)这种硬质合金钻头的构造与制造，与通用硬质合金钻头相同。但钻头的本体应有良好的刚性和强度，一般用40Cr制造，长度也应尽可能短些。柄部钻尾可采用加强型。

    (2)工件刚性不好时，钻孔部位的支承面应尽可能垫实。

    (3)刀片材料可用YG8或YW2，钻头本体的刀槽宽度比刀片厚度约大0.2毫米。若选用齿冠刀头，则使用效果更好。

    (4)切削部分的几何参数与几何角度，与钻铸铁群钻基本相似，只是将尖高h加高到0.08d，圆弧刃的圆弧半径R加大到0.4d，以加大B点刃尖的刀尖角，改善散热条件和强度，使该处既不易崩刃和磨损，又能起到分屑的作用。同时R加大些，有利于对硬质合金的刃磨，减缓砂轮的损耗。根据同样理由，在外缘处磨出双重锋角；并磨出负前角(γnc=-15°)，而把外缘的后角适当加大(dnc=12°，αfc=20°)。刃口的修磨质量很重要，应该用油石仔细地鐾光，以提高刃面的光洁度，刃口应光整，不得有锯齿。

    (5)切削液要充足，如有条件，可将整个零件浸在切削液中进行钻孔。选用切削用量时，从钻冷硬层严重的情况来看，本应选用较低的切削速度和较大的进给量，但这样切削力过大，易使切削刃破损。在选用适当的切削条件下(合理的切削用量和充分冷却)，可使切削加工中的切削温度控制在一个较稳定的600℃左右范围内，这时加工条件较为有利。同时可以观察到：当工件较薄、钻到出口时，材料达到暗红的程度。如采用ψ16.6毫米的钻头，可使转速n=670～850转/分，f=0.07～0.09毫米/转。应该指出，在采用上述切削用量的条件下，倘使冷却不充分，切削温度过高，由于高锰钢的线膨胀系数大，将会导致孔径收缩，甚至咬死钻头。

    (6)硬质合金钻头的磨钝标准很重要。有时尽管声音较大，只要是连续均匀的，仍属于正常的切削。但当有刺耳的尖叫声，甚至是噗噗地响声时，刃口就应该重磨。同时还应经常观察外缘转角处的后角和刃带的磨损情况，一般当磨损到1毫米时即应重磨，不可疏忽大意。否则当磨损过大时，切削负荷增大，将会使整个刀片崩碎，弄得不可收拾。

    (7)在操作中，严禁中途停车，并应尽量防止由于负荷大而引起的“闷车”，因为这势必会造成刀具崩刃，甚至使刀头完全崩碎。

    (8)用这种钻头钻高强度钢、硬钢材，如逆磁铸钢(如50Mn18Cr4)等，效果也很好，它的耐用度和效率比高速钢群钻提高五倍以上。

四、钻高锰钢硬质合金群钻的特点口诀

高锰钢料难钻削，      合金钻头负前角，

双重锋角刃鐾光，      暗红热钻效果好。