【意控百科】了解这些知识,钻头使用不再是难题
发布时间:2024-11-25
来源:本站
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钻头使用不是难题

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钻头是最常见的、孔特征加工刀具,通常应用于孔的粗加工和半精加工,为后续刀具去除余量。


钻头不但要承受正常的余量冲击载荷,还要克服毛坯缺陷、余量不均和底孔偏移带来的额外冲击,因此,钻头在使用过程中失效比例较高。

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钻头磨损形貌




钻头常见磨损形貌,如下图所示:


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刀具异常磨损




01


后刀面磨损


后刀面是钻头与待加工表面剧烈摩擦发生的位置,因此磨损原因是热损伤为主,磨损位置如下图红色区域所示。


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检查加工参数是否合理

主要是切削速度(转速),当转速过高的时候,产生的大量切削热量且无法快速排出的话,便会导致严重的热损伤。


检查刀具几何角度是否合理

主要是后角和螺旋槽型。

后角过小,会导致刀具后刀面与弹性回弹的工件材料剧烈摩擦。


螺旋槽型选择不当,会影响排屑空间,毕竟,切屑会带走绝大部分的切削热量,若无法及时而充分排屑,不但会导致积屑断刀,还会导致热量累计。


检查零件材料是否符合规定

在实践中,操作者通常会忽略零件材料的变化。

当材料硬度变大时,切除材料和卷曲切屑都需要更多的能量,会产生更多的切削热量。


但是,材料硬度降低过大也会降低断屑性能、影响排屑而导致热量累计,因此,材料硬度应与切削参数相匹配。


 定期关注磨损发展速度

通常,刀具从初期磨损经历中后期磨损并最终发展到丧失切削能力,是一个渐变的过程。相同的磨损形貌,但却可能经历不同的发展过程。


例如,刀具刃口崩刃或者坍塌,有可能是刀具因为正常磨损发展与累计,刀具刃口“圆弧半径”增大导致切削力增大而崩刃,也有可能是刀具因为微观崩刃或者裂纹,逐步形成宏观崩刃。


因此,定期关注刀具磨损发展速度,可以更加准确地解决使用问题。


如刀具刃口有微观崩刃或者裂纹,可以采取增加倒棱或者钝化的方式提高刃口强度,如是单纯的正常磨损,则可以通过增加涂层等方式提高刀具寿命。


02


刃口磨损


切削刃异常的表现,通常是刃口积屑,其原因则可能是刃口破损后、导致摩擦系数增大、切削力增大、切削温度升高,磨损发生位置如下图所示。


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检查钻头刀尖跳动,检查工装夹具稳固程度。


频繁的刃口破损,最大的可能是因为加工系统刚性不足,刃口受到冲击而崩刃。


检查材料是否有缺陷或者刃口处理方式


偶发的刃口破损,可能是由于材料缺陷,如无法改变材料,则可以提高刃口钝化程度。


刀具寿命设定是否合理


如刃口异常比例过高,则需要重新评估刀具寿命设定是否合理。

03


横刀磨损


横刃是钻头特有的特征。


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横刃在加工过程中起到了关键的定心作用,横刃过度磨损,会导致刀具摆动,影响刀具寿命和加工质量。


避免横刃过度磨损,我们可以从以下几方面入手:


降低进给


可以减少横刃位置攻进过程的负载。


合理设定横刃宽度


70%~80%的钻头轴向切削力,由横刃位置产生。横刃过小,强度不足,容易导致急剧失效。横刃过大,会产生较大的切削力,导致工件变形和系统振动,导致钻头断刀。


04


内直刃磨损


内直刃是钻头钻心位置、与横刃配合完成切削和变形的特征,磨损位置如下图所示。


角度一

切削参数

降低切削速度和进给量,减少金属切除率,减轻金属变形。


角度二

合理选择内直刃空间

在钻头钻心强度足够的情况下,加大内直刃空间,并对其进行抛光处理,减少切屑卷曲程度及其过程中的摩擦力,减少切削热量对刀具的磨损。


05


钻角磨损


钻角,位于钻头直径最大的位置,是切削线速度最大的位置,因此容易发生热磨损。


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既然导致钻角磨损的主要原因是切削热,当磨损异常影响钻头使用的时候,我们就需要从以下两个方面进行解决:


►     降低切削速度

切削速度是对切削温度影响最大的切削参数,降低切削速度可以显著地降低切削温度。


►     调整冷却液流量和冷却孔方向

如果切削参数调整空间小,可以尝试加大冷却液流量,并调整内冷孔方向,尽量将切削热带离刃口位置。


06


刃口积屑


钻头刃口积屑,如下图所示,会导致切削力增大,并产生孔口翻边和表面粗糙等加工问题。


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刃口积屑,实际上就是常见的积屑瘤,是切削热量带来的熔融效应和材料本身金属的流动性相互博弈的后果。


因此,积屑瘤的形成是有的规律,对其有显著性影响的因素有切削参数和工件材料,不同的工件材料有各自的、名为“积屑瘤易生区”参数范围。


这点在钻头上表现得更加明显,如下左图所示,积屑瘤最严重的位置,有可能出现在从钻尖到钻角范围内的任意位置。


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解决积屑问题的主要途径是降低切削温度。除了降低切削速度,还有一个非常有效的途径——增加涂层,减缓磨损过程,降低摩擦系数。


涂层技术的主要功效就是减小刀具和工件接触面的摩擦系数,减小切屑变形,如下图所示,减少切削热量和切削温度。


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无涂层(左图)和有涂层(右图)状态




加工表面异常





01


孔表面粗糙


钻头作为孔加工的主要特征,孔表面恶化、粗糙度超差也是钻头失效的表现,如下图所示。


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导致内孔质量变差的原因,主要有以下两方面:


均匀纹路


切削参数与刀具选型不匹配

对内孔表面质量有影响的因素有进给量、钻头刃口圆弧和倒锥,当进给量偏大、圆弧偏小或者倒锥过大的情况,都会导致内孔质量变差。


异常纹路


机床刚性弱或冷却效果差

机床刚性差,会引发切削过程的振动,从而留下异常的加工纹路。而冷却不充分,切削热量累计,导致表面发黑或者粗糙(材料撕裂断裂导致)。

02


孔口毛刺


孔口毛刺,根本原因是孔口材料,被钻头轴向力推离而非切除,残留在孔口形成毛刺,如下图所示。


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因此,抑制孔口毛刺,可以从以下几方面:


减少轴向切削力

可以采取的方法包括降低进给、减小顶角、降低刀具寿命和提高冷却润滑效果等。


提高孔口刚性

例如,对孔口进行倒角,或者采取堆叠加工的方式提高末端支撑刚性。


03


孔位置度差


孔位置度差的原因可能有两种,一种是假偏移,即因为孔的圆度不良,经过自动测量和计算误认为圆心位置发生了“偏移”;另一种则是真偏移,即实际圆心与理论圆心的偏差大于工艺要求,如下图所示。


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针对位置度问题,我们可以选择从刀具参数、切削参数和加工工艺等三方面进行对策:


刀具参数

适当减小横刃宽度和选用定心性能更好的钻尖形式,提高刀具定心性能,增大钻芯直径提高、减小刃高差等,提高刀具刚性。


切削参数

如果刀具悬伸长或者夹紧强度不足,应降低转速;如果工件支撑刚性不足,应选择降低进给,或者至少降低入口时的进给量。


加工工艺

当出现钻孔面不平的情况,可以增加小平面铣刀或者平头钻,或者在钻削后增加铰削。



END



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