| 词条 | 钻头 |
| 释义 | § 概述 钻头 麻花钻是应用最广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80毫米。钻头用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔,但习惯上也将它们归入钻头一类。 § 种类 钻头 1、麻花钻 它主要由 工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。为了减小钻孔时导向部分与孔壁间的摩擦，麻花钻自钻尖向柄部方向逐渐减小直径呈倒锥状。麻花钻的螺旋角主要影响切削刃上前角的大小、刃瓣强度和排屑性能，通常为25°～32°。螺旋形沟槽可用铣削、磨削、热轧或热挤压等方法加工，钻头的前端经刃磨后形成切削部分。标准麻花钻的切削部分顶角为118，横刃斜角为40°～60°,后角为8°～20°。由于结构上的原因，前角在外缘处大、向中间逐渐减小，横刃处为负前角（可达－55°左右），钻削时起挤压作用。为了改善麻花钻的切削性能，可根据被加工材料的性质将切削部分修磨成各种外形（如群钻）。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾座的锥孔中。一般麻花钻用高速钢制造。镶焊硬质合金刀片或齿冠的麻花钻适于加工铸铁、淬硬钢和非金属材料等，整体硬质合金小麻花钻用于加工仪表零件和印刷线路板等。 2、扁钻 扁钻的切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液轻易导入孔中，但切削和排屑性能较差。扁钻的结构有整体式和装配式两种。整体式主要用于钻削直径0.03～0.5毫米的微孔。装配式扁钻刀片可换,可采用内冷却，主要用于钻削直径25～500毫米的大孔。 3、深孔钻 深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于 6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、 喷射钻、DF深孔钻等。套料钻也常用于深孔加工。 4、扩孔钻 扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。 5、锪钻 锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。 6、中心钻 中心钻供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。 § 结构 钻头 钻头进行切削作用的是它的头部，它的切削刃部分和横刃作为刀具在起作用。为使切削部分的圆锥面不碰到工件而带有后角，后角的值，要根据工件材料适当加以选择。 1、横刃 横刃部分的锋利性很差。大直径的钻头钻心作得比较粗，横刃也就大，另外，经横刃修磨得钻头在重磨时，横刃又会变大。为增加锋利性，或恢复与修磨初期相同得锋利性，需要进行横刃修磨。 2、刃带 在以加工过的孔壁内进行导向，而使加工可以正确地进行。但这种场合若与孔壁的摩擦大时，钻头会过热，动力的消耗也会过大。所以，通常从钻头的头部向着柄部带有极小的锥度，把它叫做倒锥，大约每 100 毫米为 0. 04 ～ 00.1 毫米左右。 3、螺旋槽 是为排出切屑而设置的，它的大小应该使切屑顺利地排出，并应带有螺旋角。其沟槽的螺旋角，应工件的材料的种类不同而异。对硬的材料，角度要小，对软的材料，角度要大。加工钢铁用的普通钻头，螺旋角大约为 30 度。 4、钻头的顶角 钻头的顶角小时，虽然切入工件比较容易，但是它的缺点是由于切削刃变长，所需的动力增加，以及切削刃的前角减小，寿命缩短。因此，顶部尖的钻头用在软质材料的孔加工中。通常对一般钢铁材料，顶角用 120 度左右。 § 安装拆卸 钻头 适用于各种钻机钻头的安装与拆卸。安装拆卸方便可靠。 1、钻头安装 缓慢起吊钻头盒体，将钻头盒体的四个支腿对应放入钻机转盘的四个孔内，根据钻头的规格选用相应的钻头盒芯板，起吊钻头盒芯板放入钻头盒体内然后将要安装的钻头凹槽与钻头盒芯板的凸尖对应，将钻头放入钻头盒内，钻头即卡放在转盘心。然后依次旋上钻头连接螺母钻杆。 2、 钻头拆卸 起吊钻杆（附钻头），将钻头盒体如①条要求与转盘连接，起吊钻杆缓慢使钻头凹槽与钻头盒芯板的凸尖对应，将钻头卡在钻头盒内，依次退去钻杆、钻头。 § 钻削步骤 1、确定进给速度：进给速度一般是凭经验，从数值上讲一般0.08-0.12mm/转，或者0.6-1.0mm/秒，进给速度是在钻孔时比较关键的要素，不同的进给量可以形成不同的铁屑，不同的的铁屑会使排屑性能产生变化 2、定位：在需要钻孔的位置中心錾打一定位点或用合金针划上“十”字线，以确保钻孔位置的精度。注意，用中心錾打定位点时，请确保中心錾垂直于加工工件表面，以免影响切削料芯的顺利排出。 3、开始钻孔：请调好合适的转速，开机前请确保钻机磁座底部干净，先打开磁座开关再打开电机开关，电机运转同时打开冷却液开关，当钻头接触钢板时，先缓慢进给，钻入约1-2mm后，再用正常速度进给。 4、钻孔结束：关闭电机待主轴停止转动后，用铁钩除云缠绕在钻本体上的铁屑，再继续作业。 § 维护保养 钻头 1、在钻削钢件时，请保证充分的冷却量并使用金属切削液。 2、良好的钻杆钢性与导轨间隙能提高钻孔的精度及钻头的寿命 3、请确保磁座与工件之间的平整与清洁。 4、钻薄板时，要将工件加固，钻大型工件时，请保证工件的稳固 。 5、在钻孔开始与结束时，进给量应降低1/3 。 6、对钻削时出现大量细小粉未的材料，如铸铁、铸铜等，可以不使用冷却液，而采用压缩空气帮助排屑。 7、请及时清除缠绕在钻体上的铁屑，以保证排屑顺畅 。 § 使用方法 钻头 1、钻头应装在特制的包装盒里，避免振动相互碰撞。 2、使用时，从包装盒里取出钻头应即装到主轴的弹簧夹头里或自动更换钻头的刀具库里。用完随即放回到包装盒里。 3、测量钻头直径要用工具显微镜等非接触式测量仪器，避免切削刃与机械式测量仪接触而被碰伤。 4、某些数控钻床使用定位环某些数控钻床则不使用定位环，如使用定位环的其安装时的深度定位一定要准确，如不使用定位环其钻头装到主轴上的伸长度要调整一致，多主轴钻床更要注意这一点，要使每个主轴的钻孔深度要一致。如果不一致有可能使钻头钻到台面或无法钻穿线路板造成报废。 5、平时可使用40倍立体显微镜检查钻头切削刃的磨损。 6、要经常检查主轴和弹簧夹头的同心度及弹簧夹头的夹紧力，同心度不好会造成小直径的钻头断钻和孔径大等情况，夹紧力不好会造成实际转速与设置的转速不符合，夹头与钻头之间打滑。 7、定柄钻头在弹簧夹头上的夹持长度为钻柄直径的4～5倍才能夹牢。 8、要经常检查主轴压脚。压脚接触面要水平且与主轴垂直不能晃动，防止钻孔中产生断钻和偏孔。 9、钻床的吸尘效果要好，吸尘风可降低钻头温度，同事带走粉尘减少摩擦产生高温。 10、基板叠层包括上、下垫板要在钻床的工作台上的一孔一槽式定位系统中定位牢、放平。使用胶粘带需防止钻头钻在胶带上使钻头粘附切屑，造成排屑困难和断钻。 11、订购厂商的钻头，入厂检验时要抽检其4％是否符合规定。并100％的用10～15倍的显微镜检查其缺口、擦伤和裂纹。 12、钻头适时重磨，可增加钻头的使用和重磨次数，延长钻头寿命，降低生产成本和费用。通常用工具显微镜测量，在两条主切削刃全长内，磨损深度应小于0.2mm。重磨时要磨去0.25mm。普通的定柄钻头可重磨3次，铲形头（undercut）的钻头可重磨2次。翻磨过多其钻孔质量及精度都会下降，会造成线路板成品的报废。过度的翻磨效果适得其反。 13、当由于磨损且其磨损直径与原来相比较减小2％时，则钻头报废。 14、钻头参数的设置在一般情况下，厂商都提供一份该厂生产钻头的钻孔的转速和下速的参数表，该参数仅仅是参考，实际还要工艺人员经过实际使用得出一个符合实际情况的钻头的转速和下速参数，通常实际参数与参考的参数有区别但是相差不会太多。 § 安全规程 1、 在操作时，请穿戴好工作服，安全眼镜、安全帽等;请不要穿戴松散的衣服和纱手套，以免发生危险。 2、 为防止铁屑将手划伤，钻孔时请使用铁钩来清除铁屑。 3、 使用前，请检查钻头是否有伤痕，如有伤痕请不要使用。 4、 如果钻头被卡住，请立即关闭电机 。 5、 更换、拆卸钻头时，应确保设备电源处于断开状态。 6、 在钻头旋转时，请不要用手触摸，以免发生危险 。 7、 钻头刃部非常坚硬，但也很脆，请小心保护，如果钻头崩刃会影响钻孔效果，也可引起钻头断裂。 § 刃磨技巧 钻头 1、刃口要与砂轮面摆平。 磨钻头前，先要将钻头的主切削刃与砂轮面放置在一个水平面上，也就是说，保证刃口接触砂轮面时，整个刃都要磨到。这是钻头与砂轮相对位置的第一步，位置摆好再慢慢往砂轮面上靠。 2、钻头轴线要与砂轮面斜出60°的角度。 这个角度就是钻头的锋角，此时的角度不对，将直接影响钻头顶角的大小及主切削刃的形状和横刃斜角。这里是指钻头轴心线与砂轮表面之间的位置关系，取60°就行，这个角度一般比较能看得准。这里要注意钻头刃磨前相对的水平位置和角度位置，二者要统筹兼顾，不要为了摆平刃口而忽略了摆好度角，或为了摆好角度而忽略了摆平刃口。 3、由刃口往后磨后面。 刃口接触砂轮后，要从主切削刃往后面磨，也就是从钻头的刃口先开始接触砂轮，而后沿着整个后刀面缓慢往下磨。钻头切入时可轻轻接触砂轮，先进行较少量的刃磨，并注意观察火花的均匀性，及时调整手上压力大小，还要注意钻头的冷却，不能让其磨过火，造成刃口变色，而至刃口退火。发现刃口温度高时，要及时将钻头冷却。 4、钻头的刃口要上下摆动，钻头尾部不能起翘。 这是一个标准的钻头磨削动作，主切削刃在砂轮上要上下摆动，也就是握钻头前部的手要均匀地将钻头在砂轮面上上下摆动。而握柄部的手却不能摆动，还要防止后柄往上翘，即钻头的尾部不能高翘于砂轮水平中心线以上，否则会使刃口磨钝，无法切削。这是最关键的一步，钻头磨得好与坏，与此有很大的关系。在磨得差不多时，要从刃口开始，往后角再轻轻蹭一下，让刃后面更光洁一些。 5、保证刃尖对轴线，两边对称慢慢修。 一边刃口磨好后，再磨另一边刃口，必须保证刃口在钻头轴线的中间，两边刃口要对称。有经验的师傅会对着亮光察看钻尖的对称性，慢慢进行修磨。钻头切削刃的后角一般为10°-14°，后角大了，切削刃太薄，钻削时振动厉害，孔口呈三边或五边形，切屑呈针状；后角小了，钻削时轴向力很大，不易切入，切削力增加，温升大，钻头发热严重，甚至无法钻削。后角角度磨的适合，锋尖对中，两刃对称，钻削时，钻头排屑轻快，无振动，孔径也不会扩大。 6、两刃磨好后，对直径大一些的钻头还要注意磨一下钻头锋尖。 钻头两刃磨好后，两刃锋尖处会有一个平面，影响钻头的中心定位，需要在刃后面倒一下角，把刃尖部的平面尽量磨小。方法是将钻头竖起，对准砂轮的角，在刃后面的根部，对着刃尖倒一个小槽。这也是钻头定中心和切削轻快的重要一点。注意在修磨刃尖倒角时，千万不能磨到主切削刃上，这样会使主切削刃的前角偏大，直接影响钻孔。 当然，磨钻头没有一定的定式，需要在实际操作中积累经验，通过比较、观察、反复试验，定会把钻头磨得更好。 § 应用 钻头 1 、麻花钻结构特点 麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形(便于排屑)，螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角(2Ø)决定了前角g的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。 横刃斜角y是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，y的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。当顶角一定时，后角越大，则y越小，横刃越长(一般将y控制在50°～55°范围内)。 2 、麻花钻受力分析 麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。钻头每个切削刃上都将受到Fx、Fy、Fz三个分力的作用。在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80%，横刃产生的扭矩约占10%。轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50%～60%，主切削刃上的轴向力约占40%。 以直径D=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度Do增大，变形量减小。 由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。 由于普通麻花钻的横刃为大负前角切削，钻削时会发生严重挤压，不仅要产生较大轴向抗力，而且要产生较大扭矩。对于一些厚钻芯钻头，如抛物线钻头(G钻头)和部分硬质合金钻头(其特点之一是将钻芯厚度由普通麻花钻直径的11%～15%加大到25%～60%)等，其刚性较好，钻孔直线度好，孔径精确，进给量可加大20%。但钻芯厚度的增大必然导致横刃更长，相应增大了轴向力和扭矩，这样不仅增加了设备负荷，而且会对加工几何精度产生较大影响。此外，由于横刃与工件的接触为直线接触，当钻尖进入切削状态时，被加工孔的位置精度和几何精度难以控制。因此，在加工过程中为防止引偏，往往需要用中心钻预钻中心孔。 为解决上述问题，一般采用在横刃两端开切削槽的方法来减小横刃长度，减轻挤压，从而减小轴向力和扭矩。但在实际加工中，钻尖的负前角切削和直线接触方式定心性能差的问题并未从根本上得到解决。为此，人们一直在对钻尖形状进行不断研究和改进，S刃钻尖就是解决这一问题的较好方法之一。 3 S刃钻尖的分类及特点S刃钻尖也称为温斯陆钻尖，从端面投影看，其横刃为S形。从正面投影可看到钻尖中部略鼓，呈抛物线冠状。由于S刃钻尖为曲线刃，钻尖进入切削的瞬时与工件为点接触，因而自定心性及稳定性均优于普通麻花钻，轴向力降低，切削性能改善，钻头寿命延长，被加工孔质量显著提高，孔的位置精度和几何精度00令人满意，钻削进给量和进给速度进一步提高。根据抛物线冠状和横刃形状，S刃钻尖基本上可分为三种类型，即高冠S刃、低冠S刃和低冠小S刃。 钻头 1）高冠S刃钻尖 高冠S刃钻尖以美国吉丁斯•路易斯钻头磨床修磨的温斯陆(Winslow)钻尖为代表。该机床附设了一套特殊的凸轮机构，修磨出的S刃钻尖切削部分(L0)较长，S刃冠状曲率较大。特点：由于S部分较高(L0较长)，基本消除了负前角，甚至可实现正前角切削，所以不必另加横刃切削槽。修磨效率高，适于修磨厚钻芯刀具。但钻尖尖端部分相对薄弱，强度较差，不适合高速加工高硬度工件。钻尖材质需采用具有较好韧性的材料(如高速钢类)。 2）低冠S刃钻尖 低冠S刃钻尖以德国五轴磨床(由瑞士Numroto配备编程软件)修磨的钻尖为代表。钻尖切削部分(L0)较短，S刃冠状曲率较小。从端面投影方向可看出横刃为大S形，中间局部可为一小段直线，横刃部分有两个小槽，可减小钻尖部分的负前角。 特点：因切削部分(L0)相对较短，钻尖尖端及主切削刃强度较好；由于钻尖S刃冠状曲率小，因此自定心性及稳定性均优于高冠S刃钻尖。开横刃前角后，钻削性能明显改善，既保留了高冠S刃钻尖的优点，又提高了钻尖尖端的强度。适用于加工较硬材料的工件(如钢件、铸铁件等)。钻头材质可采用高速工具钢、硬质合金或其它高硬度材料。此类钻头的修磨较复杂，要求较高。 3）低冠小S刃钻尖 此类钻尖形状与高冠S刃钻尖较类似，其横刃也为小S形，钻尖顶角(2Ø)较上述两类钻尖更大，主切削刃短(L0相对较短)，冠状曲率较小。 特点：因主切削刃较短，因此加工中的扭矩较小；由于主切削刃强度高、冠状曲率小，因此自定心性和稳定性均比高冠S刃钻尖好。另外，小S刃钻尖无负前角产生，因此不需在横刃处加槽，既控制了轴向力，又减小了扭矩，可极大地改善切削性能。适于修磨高硬度材料(如硬质合金类)小螺旋角钻头。 4 S刃钻尖的修磨S刃钻尖形状复杂，修磨难度大，很难用手工或普通钻头磨床修磨出理想的刃形，一般需要使用具有特殊凸轮机构的钻头磨床或数控磨床才能实现精确修磨。将被修磨钻头水平装夹于A轴，修磨时锥形砂轮与刀具切削刃接触后，B轴在XZ平面内转动，A轴联动(按后刀面螺旋升程要求旋转)；同时，砂轮相对于刀具在Y轴方向下降，形成螺旋后刀面和S形横刃。 钻尖的冠状高由圆锥砂轮(锥度为30°～60°)修磨出的圆弧大小以及螺旋面的升程率决定，升程率增大时冠状高减小，圆弧越大冠状凸起越高。此外，冠状高及S曲线的半径与钻芯厚度直接相关。 修磨低冠S刃钻尖时，为改善切削性能，可用75°角砂轮在钻尖处开出两个小槽，并使其角度与S两半圆间的连线基本平行，这样既可保持主切削刃的强度，又可减小S刃中部产生的负前角，使冠状抛物线中部刀刃的前角等于零或小于零(r≥0)。 与普通麻花钻一样，S刃钻尖的顶角也非常重要，钻尖顶角修磨范围一般在90°～135°之间。 5 S刃钻尖的应用实例我们将S刃钻尖修磨技术应用于发动机连杆小头孔的加工中，取得了良好效果。 工艺设计：20序：钻孔Ø17+0.07mm，机床转数：200r/min，切削速度10.68mm/min，走刀量0.45mm/r。铰孔Ø17.5+0.05mm。 用Ø17mm普通麻花钻钻孔时，由于钻头自定心性能及钻削稳定性差，钻出的孔径经常达到或超过Ø17.5mm，致使产品报废，操作者只好手工修磨钻尖，但修磨质量很不稳定。 我们将钻头修磨成顶角118°、轴向后角7°、圆周后角6°的低冠大S刃钻尖，S刃半径为1.5mm，两半圆连线长度为0.5mm，并在横刃处用80°圆锥砂轮开出两槽，使冠状前角大于或等于零，这样既可保证刀具主切削刃所需强度，又避免了负前角切削产生的挤压现象，减小了钻削轴向力，改善了切削性能。加工实践证明，使用该钻头不仅有效控制了孔的几何精度，而且生产效率显著提高，废品率大大下降。 |
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