各种孔加工技术介绍

2.1 微型硬质合金整体钻头的发展 随着宇航、电子工业、轻工业及医疗器械的发展，促进了整体硬质合金小钻头 的发展。微孔钻削常要求具备高达(1～12)×104r/min 的转速。为了提高钻头刚性， 这种小钻头多采用韧性高、抗弯强度高的细颗粒的硬质合金材料制成。在结构上， 小于Ф1mm 的钻头常制成粗柄的，而直径稍大些的，则制成短型整体硬质合金钻头。 整体硬质合金小钻头使用时应注意消振、对中、排屑及冷却问题，一般应采用传感 器进行监控。 如美国麻省理工学院就研制了整体硬质合金小钻头的同位素监控方法。 日本东芝钨株式会社的小直径钻头分为 UH(Ф0.1～0.3mm)、RH(Ф0.3～ 1.65mm)、COS(Ф1～6mm)三种系列。苏联 BHNN 也研制了Ф0.4～2mm 的粗柄硬质合 金钻头，比同种规格的高速钢钻头寿命提高 100 倍。试验说明，用Ф0.8～8mm 的直 柄硬质合金钻头加工难加工材料和耐热合金材料，效果很好。美国 Amplx 公司发展 了电镀金刚石整体小钻头系列产品，可钻削Ф0.13～0.51mm 的小孔。据国外报导， 最小的整体硬质合金钻头直径为Ф0.02～0.03mm。 随着印刷电路板向小型、轻型、高密度和高可靠性的要求发展和其用量的日趋 扩大，孔的精度也越来越高，孔径越来越小，孔的分布密度越来越大，这样就给这 些印刷电路板的微孔加工带来各种困难。作为印刷电路板专用钻头，钻头的材料和 形状也要随印刷电路板的种类和孔的深度而改变，一般说来，纸、酚醛树脂印刷电 路板或玻璃纤维、环氧树脂印刷电路板切削性能较好，而表面附有铜层的材料对切 削性能影响较大。在多层板的情况下，印刷电路板内部有铜层，一般说来，表面铜 层的厚度为 18～35μm，内部铜层的厚度为 35～70μm。这种铜层对钻头的磨损和折损 有很大的影响，铜层越厚，钻头折损率就越高。因而加工多层板要比加工两面附铜 板的切削用量小，特别是钻头的直径越小时，为减少钻头的折损，常用改变钻芯厚 度和钻槽的比值来增加钻头的横截面积，以提高钻头的刚性。最近开发了新型的 MD 类硬质合金可以减小钻孔时的摩擦，即减少污斑现象，并具有良好的耐磨性和较长 的寿命，因此能适应印刷电路板的高速、高效生产的需要。 2.2 中等尺寸硬质合金钻头 2.2.1 三刃整体硬质合金钻头

三刃整体硬质合金钻头特点是： 比二刃钻头钻芯厚、强度高，从而补偿了硬质合金韧性差的弱点； 刀尖前端形成特殊形状，切削时可自动定心，故不需加工中心孔； 因刃多使每转进给量增大(切铝时可达 20m/min)，又可进行高速切削(切铝时最 高可达 1000m/min)，从而可大幅度缩短加工时间; 加工精度高，尺寸精度达 H9，位置精度为±0．011mm，粗糙度 Rz 为 20－25μm； 寿命长：加工合金钢、铸铁和铝合金可分别为 20m 和 80m; 重磨容易， 不需专门刃磨机。 这种钻头适于加工孔深为 3D～4D 的下列材料的孔： 低合金、钛合金、奥氏体锰钢、硬青铜、高硬度铸铁及硅铝合金等。加工奥氏体锰 钢及钛合金时，其切削速度可达 40m/min，加工铝合金切削速度为 130m/min。 这种钻头要求机床刚性好，尤其是机床主轴轴承精度和钻夹回转精度必须高。 因此，一般用于数控机床或加工中心等。德国 Bilz 公司、Hertel 公司、Guehring 公司和 ILIX 公司首先推出这种钻头，继之日本菱高精机株式会社也有产品问世。 Bilz 规格为Ф4～20mm,Hertel 称为 TF 钻头，规格为Ф3～20mm,Guehring 的 GS200 型规格为Ф3～20mm(分左右两种旋向),ILIX 的规格为Ф2～16mm。
图 6 四种中等尺寸硬质合金钻头

2.2.2 S 型硬质合金钻头 这种钻头瑞典 Sandvik 称为 Delta-C 钻头，直径为Ф3～12.7mm;日本井田株式 会社称为 Diget 钻头；德国 Hertel 称为 SE 钻头，直径范围为Ф3～20mm。这种钻头 的特点是经过修磨使得横刃缩短，轴向力减少 50％；钻芯附近前角为正值，因此切 削锋利;槽形为抛物线型,芯厚度大，刚性强；有两个喷油冷却孔，冷却条件好；圆 弧形切削刃和排屑槽形布置合理，便于切屑断裂成小块顺利排出。适于加工难加工 材料、高温合金、铬镍铁合金(Inconel 合金)材料等。一般常用钻孔深度为 3.5D。 这种钻头加工精度为 IT9，粗糙度为 Ra1～2μm。 使用时应保持钻头中心与机床主轴 同心度不得大于 0.03μm。由于速度比较高，产生热量大，应充分冷却。 2.2.3 强力硬质合金钻头 日本住友电气株式会社和三菱金属株式会社均生产这种钻头，前者称为マルチ 钻头，后者称为リツチカド钻头。规格为Ф4～18mm。分为标准型与短型两种。标准 型适于加工深度为 3D～4D 的孔，短型适于加工深度为 1.5D 的孔。该钻头可补充可 转位与焊接式钻头之间 μ 的空档代替高速钢麻花钻， 钻头强度取决于芯厚与沟背比。 标准麻花钻的芯厚为直径的 15%～23%，沟背比为(1～1.3):1，而强力钻头的芯厚为 直径的 30%，沟背比为 0.5：1，因此，使截面积增加了约 30%，抗弯强度、扭转强 度也相应地提高了约 2 倍。此外，由于控制横刃，钻头的横刃几乎为零，中心部分 有前角。为了进一步减少切削力，把切削刃做成圆弧刃，径向前角为正值，而扭矩 几乎不变。采用圆弧切削刃与钻头沟槽位置配合很好，使切屑成小圆弧形状，容易 折断，排屑流畅，但必须采用耐磨性和强度都比较高的硬质合金材料。这种钻头生 产率为高速钢麻花钻的 3～5 倍。直径越小，提高幅度越大，而直径小于Ф16mm 时， 效果更显著。但切削刃对称性应严格控制在 0.02mm，孔加工精度为:扩张量不大于 30μm，表面粗糙度对于钢和铸铁为 Ra25～40μm，寿命比高速钢钻头提高 10 倍。 2.2.4 无横刃焊接式硬质合金钻头 日本三菱金属株式会社、 歧阜金属株式会社生产这种被称为新钻尖钻头的产品， 规格为Ф9.5～30.5mm，用于加工孔深小于 5D 的孔。该钻头的特点是：轴向力小， 生产率为高速钢钻头的 5～10 倍，切削速度为高速钢的 6 倍，进给量为 1.5 倍，孔

的扩大量不超过 40μm。进给量大于 0.2mm/r 时，切屑更为细小。以新钻尖钻头与其 他镶硬质合金刀片钻头作比较，能观察出当工件硬度增加时，新钻尖钻头的平均轴 向推力和主轴功率方面比其他镶硬质合金刀片钻头增加较小，工件硬度从 66HRB 增 加到 104HRB 时，新钻尖钻头的平均轴向推力增加了 25%，而其他镶硬质合金刀片钻 头轴向推力则要增加 63%～97%。 2.3 可转位硬质合金钻头 可转位硬质合金钻头在世界上比较盛行，各国在结构形式、刀片形状上各有千 秋，使用范围大多在Ф16～170mm 左右，切削的孔深多数为 3D 以下(浅孔钻)，特殊 的达 8D(深孔钻)。这种钻头效率高于麻花钻 3～10 倍，采用 TiC 涂层后切削速度可 达 300m/min。近期对于大尺寸的可转位硬质合金钻头，发展为刀垫式，这样刀体可 多次使用， 以德国 Hertel 公司、 Walter 公司、 Komet 公司、 Bilz 公司、 瑞典 Sandvik 公司等为代表。 2.3.1 硬质合金可转位浅孔钻 对于直径大于Ф12mm、孔深小于 3D 的孔，目前国际上已广泛采用硬质合金可转 位刀片制成浅孔钻。这种钻头不仅具有高切削性能，而且无需重磨钻尖。只要更换 刀片，钻头体可长期使用。所以很受欢迎，已成为数控钻床和加工中心上的常用钻 头。钻前也无须在工件上预钻中心孔，具有自定心能力。瑞典 Sandvik 公司提供的 T－MAXU 浅孔钻，其尺寸范围为Ф17.5～58mm。德国 Hertel 公司提供的 Drill-Fix 浅孔钻，其尺寸范围为Ф16～82mm;德国 KOMET 公司提供的 ABS－KUB 浅孔钻，可扩 大到Ф12～82;德国 WIDIA 公司提供的 WIDAXBW 浅孔钻，又可扩大到Ф12～105mm， 而且三家德国公司的浅孔钻均制有冷却液的注入孔，Hertel 公司和 KOMET 公司的产 品出屑槽又为螺旋形，对排屑极为有利。这种钻头具有很高的金属切除率,对普通碳 钢的钻削速度达 120～150m/min，且具有很高的刚性。另外，德国 WIDIA 公司还提 供可转位的浅孔套料钻(一般的最大孔深为 3D， 特殊的最大孔深为 5D)，尺寸范围为 Ф65～400mm。 日本东芝钨株式会社生产的 TDJ 型 TAC 浅孔钻，品种有 8 种，可以加工孔径小 于Ф18mm 的深度小于 2D 的孔，钻杆直径为Ф25mm。其结构为机夹可转位式，具有

内刃与外刃两个刃口。 该钻头已向焊接式切钢钻头加工领域扩展， 钻头直径为Ф14～ 175mm。
图 7 HTS 系统
2.3.2 硬质合金可转位深孔钻 60 年代末以来，钻削实心孔的可转位刀片钻头日益增多地出现在市场上。在一 般情况下，市场上都能购买到加工大于Ф15mm 孔径的钻头。但是，现有各种可转位 刀片钻头大多数不能满足加工孔深大于 3D 的孔， 其主要问题是钻头的刚性较差。德 国 Hertel 公司的 HTS－C 是一种新型的孔加工刀具。他们所研制的深孔钻头可用在 车床、加工中心和钻床上，钻头在使用时可旋转也可不旋转。装有硬质合金的 HTS －C 钻头可采用较高的切削速度，从而较大地减少切削时间。这种钻头主要用来加 工直径在Ф20～45mm 范围内的铸铁件和铝件，钻孔深度可达到 8D。HTS－C 钻头是 由可拆卸的导向钻头和装有硬质合金可转位刀片的刀头以及螺旋排屑槽刀体三部分 所组成。导向钻头在该刀具的结构系统中所起着重要作用，其功能是对刀具导向和 钻削孔的中心部分。由于该钻头设计独持，加工深孔时稳定性好，精度高。同时该

钻头可任意安装在不同直径的钻柄上使用，有安装方便、重复定位好、调节直径大 等特点。 大尺寸的可转位硬质合金深孔钻，则属于 HTS 系统。该钻削系统，有一个带 4 个可转位式刀片和小导向钻， 使用 4 个可转位式刀片的原因,一是能自动定心， 二是 能够获得高速切削能力。这个导向钻，甚至在深度为 4D～10D 的情况下，都能使钻 削头定心。钻削头带有内、外两个刀垫，刀垫上再安装凸三边形可转位式刀片(也可 用涂层刀片)冷却液流经钻削头和导向钻， 冷却液压力分级可调， 以便改善排屑效果。 这种钻削系统的尺寸系列是从Ф45～170mm，中间有 20 种钻削头，并有一系列减细、 加长接合件和柄部结构。 HTS 和 HTS-C 两种钻头的共同特点是中心装有高速钢钻头，起导向作用，切削 速度可达 60～120m/min。 2.3.3T－MAX 钻削头 T－MAX 是瑞典 Sandvik 公司的钻头牌号，此类钻头带有可转位刀片。T－MAX 钻削头用于加工Ф65mm 以上的孔，既适合于喷射钻又适合于单管系统。而套料钻是 例外，只能在单管系统上使用。 钻削头主体由韧性较高的钢制成，带有较大沟槽以有效排屑。支承垫座和刀片 座都经精确加工。主体带有方形外螺纹，可用来固定在钻管上。该螺纹通常是多头 的，螺距很大，可使螺纹结合部分的压力和扭矩分配均匀，还可避免使用中出现螺 纹咬死现象。如果钻削头和钻管的螺纹不同，可用一个接头来加以配合。 每个钻削头配有二块支承垫，支承垫为钢制的，有四种尺寸，垫上焊有二条硬 质合金。支承垫是圆弧形的，固定在钻头主体的径向座子上,支承垫用螺丝和螺旋弹 簧固定，可以调换。支承垫的设计已取得专利，它可在座子里转动以适合加工孔的 直径。刀片座有三种不同的设计(每种都适用于二种尺寸的刀片)：中心部分、中间 部分和外缘部分刀片座(取决于钻头)。刀片座由淬火工具钢制造，适用于 T－MAX， T－MAXS 和 T－MAXP 型。可转位刀片是标准的 T－MAX，T－MAXS 和 T－MAXP，用压板 或杠杆可靠地固定在刀片座上。

图 8 T-MAX 钻削头
用不同的刀片座组合起来，可以加工不同的孔径和切削深度。所有的刀片座都 带有硬质合金衬垫。刀片类型不同，断屑方式也不同，有的用可拆卸断屑台，有的 用烧结在刀片上的断屑槽。进给力集中在钻头中心附近。刀片的切削刃均匀分布在 钻头中心二侧，因此切削力可相互平衡，减少了支承垫上的压力和摩擦引起的功率 损耗。 T－MAX 钻削头有以下几种类型： T－MAX 实心孔钻削头，加工直径Ф65mm 以上: 使用 T－MAX 钻削头可供喷射钻和单管钻削系统使用， 可在均质材料上一次加工 出整个孔，并带有较大沟槽以利于排屑。切削刀片分布合理，能控制切屑尺寸，并 使切削力得到较好平衡。支承垫可自动调节，并配有不同规格以适应不同的直径。 T－MAX 套料钻削头，加工直径Ф120mm 以上: 标准尺寸的 T－MAX 套料钻削头， 其设计功能就象单管系统， 常用来加工Ф120mm 以上的大孔。进行套料的原因，是加工此类大孔时，有时因机床功率限制，有时需 要中间部分的材料供分析，有时是为了节约。套料钻削头的切削刃是均匀分布的， 可使切削力平衡，功率消耗少，切屑也少。切屑沿中心部分材料与钻管之间的缝隙 排出。 T－MAX 扩孔钻削头，加工直径Ф65mm 以上。

T－MAX 扩孔钻削头可用于喷射钻系统也可用于单管系统，可用来把原有的孔、 整体钻削的孔或套料加工的孔再扩大。扩孔头上通常只用一块刀片，但若加工余量 过大，也可使用多刀片扩孔头。多刀片扩孔头是根据 T－MAX 钻削头及其部件而设计 的。T－MAX 单刀片或多刀片扩孔头的直径可用楔块和径向调节螺钉分别来精确调 整。 2.4 硬质合金镗刀 由于镗孔比铰孔更能保证孔的位置和形状精度，所以在数控机床上广泛使用尺 寸可微调和镶装刀头的各种镗刀杆。硬质合金镗刀通常可分为单刃、双刃两种，现 在多采用可转位硬质合金刀片制成。 2.4.1 硬质合金双刃扩镗刀 Walter 公司的硬质合金双刃扩镗刀 通常是用可转位硬质合金刀片制成的双刃镗刀，具有很高的切削性能。这种镗 刀加工普通钢件时切削速度 v 可达 100～140m/min、 切削铸铁时切削速度 v 可达 70～ 100m/min;单向切深为 4～10mm；进给量 f=0.25～0.7mm/r。可见，这种镗刀具有极 高的金属切除率，完全摆脱了传统镗削加工的模式，目前已广泛用于镗孔加工。而 且由于采用了可调式结构，它又具有很大的柔性。只需配置有限的刀杆就可在一定 范围内加工各种尺寸的孔径。如 KOMET 公司提供的 ABS－VD90(主偏角 90°)及 ABS －VD80(主偏角 80°)系列双刃镗刀， 用 10 种刀杆就可加工Ф24～215mm 范围内所有 的孔，从而大幅度减少了刀具的备置数量。此外该公司还提供另一种 ABS－VD 系列 的扩镗刀，只要 4 种刀盘就可加工从Ф196～401mm 范围内的所有的孔。而“epb” 公司在 93'中国国际机床博览会上展出的双刃内冷却可微调镗刀，最小镗孔尺寸达 Ф18mm。 2.4.2 硬质合金单刃精镗刀 为了满足高精度(H7～H6 级)孔的加工要求，应选用单刃精镗刀。Komet 公司的 ABS－FF 系列的单刃微调镗刀(径向微调)， 只要 15 种镗刀杆， 就能在Ф29.5～199mm

范围内加工各种尺寸的高精度的孔，而该公司的 ABS－FZ 系列的微调镗刀(斜向微 调)，只要 7 种镗刀杆，就能在Ф28～175mm 范围内加工各种尺寸的高精度孔。切削 用量可按下述范围选取：切削速度 v＝80～100m／min；进给量 f=0.07～0.08mm/r; 单向切深 ap＝0.15～0.2mm。以孔径Ф91～97mm 为例，工件材料为灰铸铁。按上述 切削用量加工，孔径偏差可稳定在±3μm 之内。不仅高于铰孔精度，而且无论从生 产效率还是从刀具的耐用度和刀杆的备置量来说，都远远优于铰刀。 Microbore 公司生产的一种新型的微调镗刀，不仅能够克服一般微调镗刀调整 不够方便，调整部份又存在螺纹间隙，致使难以精确地保证调整精度的缺陷，而且 在小直径孔的镗削加工中具有独到之处。该刀具由刀柄、调整装置、镗刀三部份组 成，适用于Ф30mm 以下孔径的精密镗削，其调整精度为±0.005mm，最大调整范围 为 0～4mm，其特点是刀具的切削部份与调整部份分开。因而刀具切削部份的结构尺 寸不受调整装置的限制，从而可方便地实现对小直径孔的精镗加工，并且在调整刀 具尺寸时，由于在整个调整范围内的预应力消除了调整结构中螺纹的间隙，因而能 精确地实现高精度调整。 HELLFEID 在 93'中国国际机床博览会上展出的单刃可转位硬质合金镗刀，最小 镗孔尺寸达Ф4mm。德国 WIDIA 公司使用刀夹的单刃可转位硬质合金镗刀，最小镗孔 尺寸为Ф27mm;使用可换头部结构的单刃可转位硬质合金镗刀，最小镗孔尺寸为Ф 40mm。 2.5 硬材料铰刀 关于铰刀的刀具材料方面，近年来国内很多工具厂已广泛生产整体及焊接式硬 质合金铰刀，发展了金刚石和立方氮化硼铰刀。直径较小的常制成整体硬质合金铰 刀的结构形式，而直径较大时则依次制成刃部为整体硬质合金及镶焊硬质合金刀片 的结构形式。 2.5.1 整体硬质合金精密铰刀 随着家电工业的发展，冰箱压缩机行业的一些生产线上迫切需要一些形状较复 杂、精度较高、制造难度较大的专用刀具，Ф7.142mm 硬质合金精密铰刀就是其中

之一。这种铰刀用于加工冰箱压缩机阀芯上的销孔，该销孔的尺寸要求为在 IT5～ IT6 之间，表面粗糙度为 Ra0.1μm。该铰刀的切削锥较长，在结构上设有前后两个导 向部，端面也设有切削刃。该铰刀的尺寸公差仅为 2～3μm，长径比却可达约 25。 2.5.2 可涨式铰刀 这种可涨式铰刀结构简单，安装调整方便。它的刀体为压铸件，在刀体的圆周 上不均匀地焊有 6～12 块硬质合金刀片。刀片焊好后磨削至所需尺寸即可使用。铰 削时，切削液从刀杆内部以较高的压力喷出，起到冲刷切屑和润滑冷的作用。铰刀 磨损后可通过调整螺母，使锥套迫使可涨式刀体沿径向涨开，即可进行重磨，增加 刀具的使用次数，一般刀体的最大涨开量为 5%。这种铰刀的特点是: 可改善工件的表面粗糙度并达到相当小的尺寸公差， 对于 2D～3D 的孔最高可达 IT3～IT4; 具有良好的重复使用性能，可延长刀具的寿命; 可从刀杆上将刀具卸下、调换,并可使用特殊规格的刀具。
图 9 可涨式铰刀及其使用

瑞士 Dihart 公司生产的这种可涨式铰刀，规格为Ф17.6～300mm。该公司同时 还生产一种称为 DST 材料的可涨式铰刀，它由于摩擦系数小,耐磨性好，在加工钢材 时能避免积屑瘤的产生，因此能获得特别好的表面质量。 2.5.3 枪铰 枪铰是加工精度较高的深孔刀具。其切削速度、孔的精度、表面粗糙度和切削 效率远非一般铰刀可比拟，且钻孔后毋须扩孔或镗孔，一次铰出，铰削余量较多， 是一种具有发展前途的刀具。 枪铰的基本结构大部为单切削刃、两个导向块；从刀体内部注射冷却液，冲刷 切屑和润滑冷却；紧随切削刃后的导向块伸入已加工孔中，起后导向作用。但两导 向块的分布形式变化较多，亦有两切削刃和两导向块互为对称分布的。刀刃既有焊 接式和机夹式的，也有整体硬质合金的。 枪铰无论是单刃的或多刃的，均安置了多个导向块，而且切削刃的刃带比较宽； 在切削刃后紧随着导向块，两者的轴向距离相差约为 0.5mm。 枪铰的另一特点是前排屑。 由杆部后端油孔送入压力较高的切削液射向切削区， 既润滑冷却切削热量最高的前面，也冲刷切屑，避免切屑与已加工面的摩擦。由于 前排屑，导套与工件端面距离可缩减至极小；又由于刀具外径与导套的间隙很小， 因此孔的位置度和精度均较高。 枪铰最大的特点是：导向块既具有支承与导向的功能，又起到挤压的作用，因 而改善了孔的表面粗糙度。 2.5.4 挤压铰刀 挤压铰刀可减小被加工孔的表面粗糙度、提高其几何精度。这种铰刀制造简单， 造价低廉，操作方便，不需要特殊要求的机床。 挤压铰刀过渡刃和其每一个刀齿的前、后角的几何形状都制成圆弧形的过渡曲 面，刀具外圆表面粗糙度一致。铰刀外径与普通机用多齿铰刀相似；外径的校准部

分不参加切削，在加工时起校准与导向作用。刀片一般用钨钴类或其它耐磨性高的 硬质合金，刀柄部分淬硬至 38～40HRC，刚性较好，能保持与被加工孔可靠的同轴 度。由于挤压铰刀是在最后工序精加工时使用，所以在进行最终加工以前对预制孔 必须进行一次半精铰，并应根据零件的材质和硬度，严格控制加工余量，铰刀齿形 刃带几何形状也要合乎要求。挤压铰刀适用于加工灰铸铁、球墨铸铁等零件，在车 床、铣床与镗床上都能运用。铰孔时可以用煤油进行润滑冷却。据试验验证，用挤 压铰刀加工出来的孔表面粗糙度可达 Ra0.63～0.32μm，尺寸精度可达到 IT7。 瑞典 Sandvik 公司的挤压铰刀采用的是在刀体上安装挤压滚柱的结构。这种挤 压铰刀的直径范围为Ф4.65～127.69mm，孔表面粗糙度可达 Ra0.1～1μm。而且这种 铰刀的工作速度高达 25～100m/min，进给速度达 150～534mm/min。 2.5.5 金刚石铰刀 随着机械工业的不断发展，对孔加工的要求日益提高，特别是在较大批量的孔 加工中，为了获得高精度的孔──轴互换配合，对孔的尺寸精度、几何形状及表面 粗糙度提出了更高的要求。为了达到这些要求，用研磨、珩磨等加工方法已不能满 足批量生产的需要，而金刚石铰刀正是为了适应这种需要而发展起来的一种精密孔 加工刀具。使用金刚石铰刀加工铸铁、铜铅合金、淬火钢工件的精密孔，可以代替 磨孔、珩磨、研磨、滚压等传统工艺，已在推广使用，效果很好。 联邦德国 Rexvoth 液压公司用金刚石铰刀精加工主阀孔，圆柱度可在 1～2μm 之间，孔的表面粗糙度可达 Ra0.16μm。前苏联一工厂用电镀金刚石铰刀加工压缩机 零件汽缸体时直径偏差为 2μm，圆度达 0.4～0.6μm，圆柱度达 1.0～1.2μm，孔的表 面粗糙度为 Ra0.2～0.32μm。该厂推广了这一新工艺后，所加工 1000 个零件的孔径 离散范围不超过 3μm，从而取消了选配，简化了压缩机的装配工作，可采用钻床或 组合机床来代替昂贵的珩磨机床进行加工。 2.6 深孔钻 2.6.1 枪钻

枪钻一般是用来钻削工件回转中心上的孔，钻削加工时，通常是工件旋转，钻 头作直线进给。枪钻一般是内切削外排屑结构，由硬质合金钻头、钻杆、传动套三 部份组成。 枪钻钻头上开有油孔，以加强钻头冷却润滑和使切屑顺利排出，并选择韧性和 抗振性均较佳的硬质合金作为基体，表面可涂 TiC 或 TiN，以提高钻头的硬度和耐 磨性；钻杆一般选用 40Cr 无缝钢管，热处理硬度 35～45HRC，以提高强度，增加刚 性。 美国 ELDORADO 公司对枪钻导向块的布置形式作了大量有成效的试验和研究， 该 公司认为，工具类型不同，其加工中扭矩特征亦随之变化，当枪钻的切削刃几何参 数相同，进给量恒定时，其切削扭矩比较稳定，但随着导向块的结构形状和布置位 置不同，其挤压扭矩也随之发生变化。该公司研制的枪钻，结构形式很多，尤其是 钻头导向块布置形式与通常的标准型枪钻不同，以五种形状为主，分别适用于钻削 钢和不锈钢、钻削有色金属和铸铁、用户机床条件较差、用户要求改善孔径精度和 表面粗糙度等场合。 ELDORADO 公司的枪钻加工深孔的直线度可达 0.025/300mm， 孔径偏差在±0． 013 之内，孔表面粗糙度均方根值可达 0.1μm。其生产的枪钻直径为Ф1.4～ 38.1mm(11/2in.)。 而德国 TBT 公司的枪钻钻孔时的径向圆跳动当加工件旋转时可达 到一米深的孔为 0.2～0.4mm，加工深孔的直线度可达(0.02～0.04)/500mm，孔径偏 差根据不同材料而有所不同，一般在 IT6～IT11 之间,孔表面粗糙度 Ra 值也可达 0.1μm。他们生产的枪钻直径为Ф1.95～35mm，并有 6 种柄部结构形式。同时，TBT 公司还生产阶梯枪钻。瑞典 Sandvik 公司生产的枪钻直径为Ф1.95～35mm，有 12 种柄部结构形式，孔径偏差为 IT9，孔表面粗糙度 Ra 值为 0.1～3.2μm，孔深大于 100D，加工深孔的直线度与 TBT 公司相同。瑞典 Sandvik 公司还生产在一般工具磨 床上重磨Ф1.95～30mm 枪钻的专用装置。德国 botek 公司生产的枪钻直径为Ф 1.85～40mm，双头枪钻和阶梯枪钻直径为Ф4～32mm，也生产在一般工具磨床上重磨 Ф1.85～40mm 枪钻的专用装置。 2.6.2 喷射钻

喷射钻是一种双管系统， 由瑞典 Sandvik 公司首创并享有专利。使用喷射钻时， 切削液在内、外管的间隙中抽吸。喷射钻由接头、内管、外管、弹簧夹头、密封套 和钻削头组成。 钻削头是可拆卸的， 带有硬质合金刀片， 焊接式的钻削头可加工直径从Ф18． 4～ 65mm，可转位式的则参见 2.3.3T－MAX 钻削头。这些钻削头有二种型式的切削刃几 何形状。除了正常的应用范围外，还有一种型式也可用来加工韧性较高的材料。硬 质合金刀片安装在钻削头的二侧,可以控制切屑的宽度。 每块刀片都有磨出的或烧结 在上面的断屑槽，可在钻削时时切屑进行控制。适当的刀刃间距可较好地平衡钻削 力，并可减少作用在支承垫上的支承压力。钻削头外缘的二块支承垫可以吸收径向 切削力，这些支承垫和最外端的刀片决定了孔的直径,它们是磨到所需尺寸的， 公差 很小。在适用的加工范围内，备有 13 种不同的套管。 2.6.3 BTA 系统 BTA 系统也称为单管系统(STS)，加工时切削液从外面提供，切削液通过钻管和 加工孔之间的缝隙直接流到加工区域。为能提供足够的切削液空间，瑞典 Sandvik 公司设计并制造了两种类型的可拆卸的 BTA 钻削头，一种适用于Ф20～65mm，另一 种适用于Ф65～399.9mm。 所有这些 BTA 钻削头与相应的喷射钻的区别仅在于它们的螺纹直径小，所使用 的钻管直径也略为小一点。在其他方面，单管系统钻与喷射钻的设计与性能都完全 相似。在某些加工情况下，BTA 可重磨钻头削常可以方便地用可拆卸式的 BTA 或喷 射钻的钻削头来替换，为了避免更换钻管，Sandvik 公司还可以提供一种接头，它 可安装在钻管和钻削头之间。 2.7 复合孔加工刀具 复合孔加工刀具通常有几种类型，有的是将加工不同的加工表面的刀具复合在 一起，有的则是将粗、精加工刀具复合在一起。 2.7.1 多表面复合孔加工刀具

阶梯麻花钻是八十年代一种新颖的麻花钻，它能将原来钻孔与倒角或钻孔与刮 平面等几道工序合并在一次切削中完成，可提高生产效率，还可提高加工精度，使 孔的深浅和倒角深度保持一致性，便于装配流水线操作的顺利进行。阶梯钻由大小 几种外圆复合组成，有二阶梯、三阶梯及多阶梯等形式，阶梯过渡切削锥角也可制 成 60°、90°、120°、180°等多种角度以适应各种不同加工件的需要，可制成二 槽钻或四槽钻等型式。阶梯钻一般可加工钢件、铸铁件、有色金属等材料。它大多 数用在生产流水线、多工位专用机床、多工位排钻或数控机床上，加工的孔有的为 螺纹底孔和倒角， 也有加工阶梯孔或台阶孔的。 国外大尺寸的阶梯钻(如德国 Hertel 公司，直径大于Ф13mm 的阶梯钻)已制成装用可转位硬质合金刀片的。
四刃钻头

装用可转位硬质合金刀片的阶梯钻
图 10 两种复合孔加工刀具
2.7.2 粗、精加工复合孔加工刀具 国内由聂国虎发明的四刃钻头，它实质是钻、扩组合刀具，可一次进给完成钻、 扩两道工序，既可用于孔的粗加工，又可用于孔的半精加工，适用于范围是Ф15mm 以上的钻孔，于 86 年获得专利。。四条刃带中两条径向刃担任钻孔任务，另外二条 担任扩孔任务；扩孔余量的大小是通过控制在钻刃外缘处倒角的大小来决定的。因 此，四刃钻头可用于粗加工也可用于半精加工。它具有下列优点： 前角分布比较合理：由于钻刃过中心，使其钻刃从钻芯附近到外缘的前角均为 正前角，改善了前角的分布； 钻头刚性好，横截面的极惯性矩大，抗扭刚度及抗弯强度就高； 四刃钻定心及导向性好； 钻刃上的负荷比较均匀。 由于上述原因四刃钻的寿命和加工精度均比普通麻花钻相应有所提高。与这种 钻头相类似的还有英国 OSBORN 的超级钻头(SUPPERDRILL)，但其主刃仍与普通麻花 钻相似，并无特别的改进。 2.8 数控机床用孔加工刀具 数控加工工艺充分体现了集中工序的工艺原则，反映在加工中心上尤为突出。 它能集粗精加工各道工序于同一台机床上，对工具配置的要求和管理完全不同于常 规加工，有很大的突破。 2.8.1 数控加工对工具的要求 2.8.1.1 换刀要求

刀具或刀柄的结构应能实现自动快速交换。而且刀具的尺寸应能借助于对刀仪 在机外进行预调，以减少换刀调整的停机时间。 2.8.1.2 高效率要求 刀具应具有高效率的切削能力。数控机床、加工中心的初始投资很高，所以单 位工时的价格相应也很高。因此所用刀具必须能满足高切削速度、大进给量、大切 深的要求。 2.8.1.3 高寿命要求 刀具应有很高的寿命，以减少换刀时间，并保证产品质量。刀具的寿命还应有 很高的可靠度，以避免因刀具早期失效而引起停机等系统故障。 2.8.1.4 高断屑性要求 刀具应能可靠地断屑、卷屑和排屑，不致干扰切削加工，不影响加工表面的质 量。 2.8.1.5 标准化要求 工具应系列化、标准化、模块化，以便于管理，并尽量减少所备工具的数量。 应改变以往的管理方式，建立工具准备单元，进行集中化管理，负责工具的保管、 维护、修磨、预调、配置等工作。 2.8.2 数控加工常用孔加工刀具 一般数控加工常用孔加工刀具前面大多已介绍，它们是: 高速钢大螺旋角油孔麻花钻; 螺旋槽中心钻; 三刃硬质合金整体钻头;

S 型硬质合金钻头; 可转位硬质合金钻头; 硬质合金双刃扩镗刀; 硬质合金单刃精镗刀。 另外，一些特殊行业的数控加工还有它们自身经常使用的孔加工刀具。如印制 电路板行业的微型硬质合金整体钻头，冰箱压缩机行业的整体硬质合金精密铰刀和 阶梯麻花钻等。这些刀具在前面都已作了介绍。 下面，再介绍一种钻铣复合刀具。这种被称为新型的钻削立铣刀具有轴向切入 和径向切入的二种功能，在一次装夹中可进行轴向进给和径向进给而无需换刀，减 少了换刀次数和加工工序，提高了工作效率，特别适用于加工封闭型键槽及模具的 凹形腔，是数控仿形铣削和加工中的主要配套刀具。 可转位钻削立铣刀的刀体采用一般采用合金钢制成，切削部分由担任外缘切削 的刀片和担任端面切削的刀片组成。刀片材料为硬质合金，表面可作 TiN 涂层处理。 刀片刃口磨损后可以转位。钻削立铣刀的规格为Ф12～40mm，使用不同牌号的硬质 合金刀片，可切削碳钢、合金钢、不锈钢、铸钢、灰铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁、 青铜和黄铜等材料。
图 11 可转位钻削立铣刀

钻削立铣刀在加工硬度为 120～300HB 的碳素工具钢时，切削速度可达 80～ 120m/min，最大轴向切深为 7mm，进给量一般为每齿 0.05～0.15mm。切削时切削力 小、切削轻快、切屑收缩变形小、切屑光洁无毛刺，切削后刀片无明显磨损和崩刃 现象，切出的封闭槽底面接刀平直，表面粗糙度数值在 Ra1.5μm 左右。 3 发展趋势 3.1 硬质合金孔加工刀具正在迅速发展 从国内外的发展态势分析，在整个刀具的产值中，孔加工刀具的比例将继续逐 渐减小，而在孔加工刀具的产值中，硬质合金产品的比例将继续逐渐加大。从国外 的情况看，在整个刀具行业中，硬质合金刀具的增长很快，这使得高速钢刀具在刃 具中的比例逐步下降。 美国硬质合金刀具的产值 1972 年占刀具总产值 40％， 而 1981 年则增加到了 45.2％，日本硬质合金刀具在刀具总产值(不包括金刚石刀具和 CBN 刀具)中所占比例从 72 年 40.8％增加到了 91 年的 64.4％，联邦德国则从 78 年的 23.1％增加到了 82 年的 44.4％。硬质合金刀具迅速发展的原因，是适应了生产高 速度、高效率、高寿命以及高可靠性的要求。随着数控机床、加工中心的发展和生 产的高效率化，这种趋势将更加明显。因此，花大力气发展硬质合金孔加工刀具的 设计、制造能力将成为许多工具制造商的一种决策选择。

图 12 日本硬质合金刀具历年产值比
3.2 麻花钻普遍修磨横刃和使用油孔 在产品结构上，麻花钻仍是孔加工刀具中最重要的部分。不管是高速钢麻花钻 还是硬质合金麻花钻，修磨横刃和使用油孔进行内冷却将成为麻花钻制造商的普遍 选择。如高速钢抛物线麻花钻、大螺旋角油孔麻花钻、三刃硬质合金整体钻头、S 型硬质合金钻头等普遍采用了横刃修磨的方法而高速钢大螺旋角油孔麻花钻和 S 型 硬质合金钻头还都采用了油孔内冷却技术。 3.3 可转位孔加工刀具小型化和精密化 可转位孔加工刀具随着数控机床、加工中心的普及将逐渐普及。 先进设备的不断增加，便发挥设备效率更加重要。由于数控机床、加工中心等 先进设备的不断增加，切削加工费用也将不断增加。美国切削加工费用从 1971 年到 1981 年，平均每年要增加 12％。数控机床每小时的费用高达 500～1000 美元。我国 加工中心的市场求量 1987 年为 100～200 台，而到 2000 年预计将达到 3750～5000 台。在这种设备费用昂贵的情况下，要提高切削加工的经济效益，只有尽量发挥设 备效率，从而相对增加刀具的消耗。可转位孔加工刀具在这样的情况下会进一步得 到用户的青睐。为了扩大可转位刀具的市场占有率，刀具制造商正致力于其小型化 和精密化。如德国 KOMET 公司的 ABS－KUB 浅孔钻、WIDIA 公司提供的 WIDAX BW 浅 孔钻，最小钻头直径为Ф14mm；德国 Hertel 公司的 HTS－C 深孔钻最小钻头直径为 Ф20mm；“epb”公司的双刃内冷却可微调镗刀，最小镗孔尺寸达Ф18mm；而另一家 HELLFEID 公司的单刃可转位硬质合金镗刀，最小镗孔尺寸仅达Ф4mm；Hertel 公司 的可转位阶梯钻最小钻头直径为Ф13mm。而 Komet 公司的 ABS 系列的单刃微调镗刀 只要按合适的切削用量加工，孔径偏差可稳定在±3μm 之内。 3.4 产品结构模块化 近年来，由于科学技术的不断进步和人们消费需求的不断异化，产品的寿命周 期缩短了，产品更新换代的速度加快了。这种形势正在迫使许多生产企业走上多品