群鑽的特徵和使用性能

   時間:2014-03-11 13:52:42
群鑽的特徵和使用性能簡介
      普通麻花鑽受其固有結構的限制,其幾何形狀存在著某些缺陷。通過對其切削部分的修磨,可以得到一定改善。「群鑽」就是一種行之有效的修磨形式。如果……
群鑽的特徵和使用性能正文
普通麻花鑽受其固有結構的限制,其幾何形狀存在著某些缺陷。通過對其切削部分的修磨,可以得到一定改善。「群鑽」就是一種行之有效的修磨形式。如果採用比普通高速鋼性能更好的新型刀具材料,或變革麻花鑽的結構,在此基礎上再將鑽頭切削部分修磨成「群鑽」鑽型,則鑽孔效果將進一步提高。近年來,新刀具材料的研製技術和刀具的製造技術有了很大的發展,故使變革麻花鑽的材料和結構成為可能。此外,隨著被鑽孔材料和鑽孔條件日益多樣化,「群鑽」的鑽型也有了很多發展,形成了一個系列。由於「群鑽」的幾何形狀比較複雜,對其刃磨技術的進展也作相應報道。

1.新材料的「群鑽」
過去普通麻花鑽一般用普通高速鋼W6Mo5Cr4V2或W18Cr4V製造。他們的硬度為62~64HRC磨成「群鑽」后,切削性能的提高受到刀具材料的限制。超硬高速鋼的出現,使刀具切削性能出現了一個飛躍。國外多用高鈷超硬高速鋼,美國的M42(110W1.5Mo9.5Cr4VCo8)和瑞典的HSP?15(W9Mo3Cr4V3Co10)是其中的佼佼者。但它們的含鈷量多,達8%~10%,價格昂貴。國內多用少鈷或無鈷超硬高速鋼,如501(W6Mo5Cr4V2AL)、(Co5Si(W12Mo3Cr4V3Co5Si)、V3N(W12Mo3Cr4V3N)等。超硬高速鋼的常溫硬度達67~69HRC,比普通高速鋼高出5HRC,高溫硬度亦顯著提高。實踐證明,用超硬高速鋼製成麻花鑽,再修磨成「群鑽」形式,與普通高速鋼「群鑽」相比,鑽孔效率可提高一倍以上。目前,國內一些工具廠可根據用戶需求,提供超硬高速鋼麻花鑽。
上述所有的高速鋼都是用熔煉方法製造的。有用粉末冶金工藝製造的高速鋼,其性能優於熔煉高速鋼。如用粉末冶金高速鋼製成麻花鑽,再磨成「群鑽」,其鑽孔效率可成倍提高。
在高速鋼鑽頭磨成「群鑽」后,如在其工作部分表面上用PVD(物理氣相沉積)法塗覆TiN薄層可使其切削性能大幅度提高。但這樣做,除增加了修磨工時外還將加上塗層費用,而重磨后將失去后刀面的塗層,因此塗層「群鑽」難以推廣。
硬質合金是一種更為先進的刀具材料,其硬度和耐磨性比高速鋼高得多。但是,硬質合金的韌性較差,鑽頭容易折斷,它的可加工性也不太好,故過去很少用硬質合金製造麻花鑽。近年,隨著化學成分和製造方法的改進,硬質合金的韌性有了改進,中小尺寸的整體硬質合金麻花鑽已得到廣泛應用。在硬材料上鑽孔,效果很好。製造麻花鑽,必須選用韌性和抗彎強度較高的硬質合金,例如鑽鋼
材時可用YS25、YT798等,鑽鑄鐵及淬硬鋼時可用YS8、YSl0、YG813等,有時亦可採用YT5、YT14、YG6X、YG8等牌號。
作者曾用YG6X整體硬質合金麻花鑽(直徑10mm)在KmT-BCr20Mo2高鉻冷硬鑄鐵(60HRC)上鑽孔,在修磨成「群鑽」形式前後進行切削對比。「群鑽」形式的使用壽命約提高了3倍以上。由於硬質合金較脆,對切削部分應予以加強,「群鑽」形狀見圖1鑽高鉻冷硬鑄鐵的整體硬質合金「群鑽」圖1,幾何參數數值見表1。切削用量:轉速n=600r/min,每轉進給量ƒ=0.13mm/r。

2.「群鑽」的幾何形狀
早在1953年,北京永定機械廠青年鉗工倪志福,用標準麻花鑽在裝甲鋼鋼板上鑽孔,遇到了困難。他憑經驗,對標準麻花鑽切削部分進行了修磨,即在兩條直線主切削刃上各磨出了一個圓弧刃,形成了三個鑽尖,中心鑽尖比原鑽尖降低。修磨過的鑽頭好用,很快地完成了生產任務。當時稱這種鑽型為「倪志福鑽頭」,即5 3型「群鑽』』(60年代倪志福鑽頭被正式定名為「群鑽」。) (圖2a)。在1953年以後的十餘年中,倪志福和研究小組在實踐中逐步總結改進,對53型「群鑽」進行過多次修改,幾何參數逐步演變,形成了56型、58型、58A型、64型、67型(圖2)。67型是經過多次演進而後定型的「群鑽」基本鑽型。

圖3為中等直徑67基本型群鑽的切削部分幾何參數。圖中:l為外直線切削刃AB的長度,l2為AB刃上分屑槽的寬度,l1為AB刃上分屑槽距外緣點的距離,R為圓弧切削刃BC的圓弧半徑,CD為內切削刃,近似為一條直線,h為尖高,即中心尖尖點,0c與側刃尖尖點B在鑽頭軸線方向的距離,bΨ為橫刃長度,C為AB刃上分屑槽的深度,2φ為外刃鋒角,2φτ為內刃鋒角,τ為內刃斜角,Ψ為橫刃斜角,γτc、αc、αfc、αRc、ατc分別為有關切削刃上的前角、后角。這些幾何參數決定著鑽頭各部分的強度、鋒利程度和分屑、斷屑性能,從而影響了鑽頭工作時的磨損與耐用度。

可以用四句話來總結和概括67基本型「群鑽」幾何形狀的特徵:三尖七刃銳當先,月牙弧槽分兩邊,一側外刃再開槽,橫刃磨低窄又尖。
3.「群鑽」的切削效果
與修磨前的普通麻花鑽相比,「群鑽」有前角比較合理、鑽削力降低、耐用度提高、鑽孔質量改善等優點;而且,分屑、斷屑、排屑性能亦較好。
(1) 前角分佈較為合理
基本型「群鑽」與普通麻花鑽各段切削刃上前角的數值由下表可見。除外刃(AB段)前角基本未變外,其餘各段切削刃上前角均有所加大。圓弧刃(BC段)上前角加大10゚~14゚,內刃(CD段)上加大15゚~20゚,橫刃上約加大5゚。加大前角,可減小切屑變形,降低切削力及切削溫度。

(2)鑽削力和鑽削扭矩得到降低
切削試驗表明,在碳素結構鋼上鑽孔時,「群鑽」的軸向力比普通麻花鑽約降低35%~47%,扭矩約減小10%~30%;在鑽削灰鑄鐵時,「群鑽」的軸向力約降低35%~50%,而扭矩僅加大2%~8%;在鑽削有色金屬時,「群鑽」的軸向力和扭矩分別降低25%~40%和15%~19%。鑽削力和鑽削扭矩降低后,有利於降低切削溫度及提高鑽孔質量。
(3)分屑、斷屑、排屑得到改善
由於外刃、圓弧刃和內刃交接處有明顯的轉折點,而且一側外刃上還開出分屑槽,故能保證良好分屑。切屑變窄後有利於斷屑和排屑。在這種情況下,如施加切削液,則切削液較易到達孔底與鑽尖,能充分發揮冷卻、潤滑作用。
(4)鑽頭耐用度提高
切削試驗與現場驗證表明,「群鑽」切削部分的磨損比普通麻花鑽明顯減緩,耐用度顯著提高。一般「群鑽」的耐用度可提高2~3倍。
(5)鑽孔質量提高
由於橫刃磨窄,定心作用好;兩個側刃尖和圓弧刃對鑽頭均有穩定、定向作用;且軸向力顯著減小,故「群鑽」鑽孔時不易走偏,提高了鑽孔精度。鑽削過程平穩,切屑變形減小,也有利於提高鑽孔表面質量。
由於「群鑽」具有以上優點,40餘年來馳名中外,得到了廣泛的應用。

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