用四棱带钻头提高钻孔效率和精度
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德国Miller Praezisionswerkzeuge精密刀具公司(Mapal集团成员)开发了Mega-Quadro-Drill和Giga-Drill两种整体硬质合金四棱带钻头,前者为二个切削刃的钻头,后者为四个切削刃的钻头。与传统的二切削刃二棱带钻头相比,四棱带钻头可以明显提高孔的加工质量,降低孔的加工成本。下面分别介绍这两种钻头的应用实例,从中可以认识到它们的优良性能。

图1 Mega-Quadro-Drill钻头

Mega-Quadro-Drill钻头

图1为两切削刃的Mega-Quadro-Drill钻头有四条棱带,以下两个加工实例显示了该钻头对提高钻孔质量的效果。
  • 加工实例1:在GG25灰铸铁阀体上钻孔。原加工方案为采用Ø9.5mm的普通二棱带钻头进行粗加工,切削参数为:Vc=80m/min,进给量0.2mm/r;然后采用Mapal公司的Ø10H7精加工刀具进行精加工。加工后孔的形状精度为圆度5µm,圆柱度7µm,不能满足加工要求。后改用Ø9.7mm的Mega-Quadro-Drill钻头进行粗加工,切削速度由80m/min提高到90m/min,进给量由原来恒定的0.2mm/r改为在开始阶段减小为0.15mm/r,以保证位置精度,然后再加大到0.3mm/r。Mega-Quadro-Drill钻头粗加工后达到的孔的质量和留给精加工的余量使精加工刀具很容易就能达到要求的形状公差(圆度2~3µm,圆柱度5µm)。
  • 加工实例2:在10S20易削钢阀体上加工螺纹通孔的底径(Ø5.5mm,l=40mm)。原加工方案为采用二棱带的钻头钻孔,切削速度为60m/min,进给量为0.15mm/r。由于孔的直线度不好,因此必须分别从两头进行加工,工件需要两次装夹。后改用Mega-Quadro-Drill钻头加工,切削参数可有较大提高,切削速度为80m/min,进给量开始时采用0.15mm/r,随后提高到0.30mm/r。由于孔的偏摆量减小到0.03mm,因此工件不必两次装夹,可使总的加工时间减少约13%,孔的加工质量提高,无接刀痕迹。


图2 Giga-Drill钻头

图3

Giga-Drill钻头

图2为Giga-Drill钻头具有四条棱带和四个切削刃,其中,由两个切削刃及其棱带各为一组分别承担粗加工和扩孔加工。通过对两组切削刃的配置和相应的磨削,使该钻头具有很高的钻孔效率和钻孔精度(可达IT9),可实现高效加工。在实芯铝材上钻孔时,切削速度高达200m/min,进给量达1.5mm/r,并可获得很好的钻孔质量(包括表面质量、圆度以及尺寸一致性),即使是加工非连续孔也能获得相同的效果。下面是该钻头的应用实例。
  • 加工实例1:用直径Ø24mm、总长203mm的Giga-Drill钻头加工由AlSi9铝制造的V8/V12汽缸盖上预铸的火花塞孔(见图3),孔的长度为120mm,其开始部分的10mm是在5°~7°的斜面上。采用的切削参数见表1。
    表1 切削参数
     孔深
    (mm)
    进给速度
    (mm/min)
    切削速度
    (m/min)
    进给量
    (mm/r)
    钻削时间
    (s)
    开始阶段:103501250.181.7
    后续阶段:11040002501.21.6
    Giga-Drill钻头的加工寿命长达9000个孔,首次实现了火花塞孔的无故障加工,使以前在加工中产生强烈颤振甚至钻头折断的情况不再出现。
  • 加工实例2:加工由GG25铸铁制造的控制阀阀体孔,将原来的钻孔加工全部改为用Giga系列钻头加工后,使加工成本显著降低,在最佳状态下每年可为用户节省3万多欧元。
    第一道工序是加工直径Ø8.7mm的法兰孔,原来采用普通整体硬质合金钻头加工,转速3600r/min,进给量0.2mm/r,钻头寿命为15000件。改用Giga-Drill钻头后,进给量提高了约1.5倍,达到0.5mm/r,转速不变,钻头寿命未降低。
    然后加工Ø20.6mm和Ø25.2mm带台阶的主孔,常规加工需要两道工序,在转速1800r/min、进给量0.2mm/r的条件下,刀具寿命为1500件。改用Giga-Drill钻头后,加工主孔只需一道工序,进给量提高到0.4mm/r或0.6mm/r,刀具寿命提高了4倍。
    接着加工Ø5.5/6mm的调节孔,原来采用普通整体硬质合金钻头,进给量为0.04mm/r,转速为4400r/min,钻头寿命为900件。改用Giga-Drill钻头加工,进给量提高到0.06mm/r,钻头寿命提高了15倍。
    下一道工序是加工Ø6mm的固定孔。以前采用普通整体硬质合金钻头加工,转速为6500r/min,进给量0.04mm/r,加工质量不能令人满意,孔的偏心很严重。改用Giga-Drill钻头后,转速不变,进给量加倍,钻头寿命从5000件提高到8500件,孔的质量符合要求。
    最后加工带台阶的固定孔(Ø9.8/Ø10.5mm)。原工艺采用整体硬质合金阶梯钻加工,转速3250r/min,进给量0.2mm/r,钻头寿命为5000件,由于孔的中心严重偏移,在随后的铰孔工序中出现了废品。改用Giga-Drill钻头加工后,孔的质量完全符合要求,不再出现废品。同时进给量提高到0.4mm/r,钻头寿命提高1倍,达到10000件。上述加工效果促使该用户采用了40多种Giga-Drill钻头。
  • 加工实例3:应用Giga-Drill钻头加工6汽门和4汽门汽缸盖的连接螺栓孔。工件材料为GG25铸铁,孔径为Ø13mm,长度为40mm,采用SK40刀柄。原来采用普通二棱带钻头加工,转速2450r/min(Vc=100.2m/min),进给速度650mm/min,加工一个4汽门缸盖上的孔需要约70秒,加工一个6汽门缸盖上的孔需要95秒,钻头寿命为1250个孔(相当于钻削长度50m)。
    用Giga-Drill钻头后,4汽门缸盖孔的加工时间缩短为36秒,6汽门缸盖孔的加工时间缩短为52秒,按平均产量计算可节省500个小时的加工时间。四棱带Giga-Drill钻头采用的转速为2000r/min,进给速度为1200mm/min,钻头寿命达到140m,几乎是二棱带钻头的3倍。
需要指出,如果用户选用钻头时仅仅考虑采购价格,那么Giga-Drill钻头就没有优势,因为无论是采购价格还是重磨费用,Giga-Drill钻头都高于普通二棱带钻头。但考虑到工件全年产量所需的全部加工成本,那么应用Giga-Drill钻头一年可节省40000欧元以上,加工连接螺栓孔的费用可降低约30%。
本文作者:赵炳桢 编译
原载:《工具展望》2007年第2期
上载于:2008-1-11 10:28:29

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