关于 钻孔时的切屑控制
(完整版)钻削加工,钻头的磨制方法
1 钻小孔的精孔钻钻削直径在(2～16)mm的内孔时,可将钻头修磨成图7-1所示的几何形状,使其具有较长的修光刃和较大的后角,刃口十分锋利,类似铰刀的刃口和较大的容屑槽,可进行钻孔和扩孔,使孔获得较高的加工精度和表面质量。
钻孔或扩孔时,进给要均匀。
对钻削碳钢时加工精度可达IT(6～8),表面粗糙度可达Ra(3.2～1.6)μm。
采用的切削用量：Vc =(2～10)m/min,f=(0.08～0.2)mm/r。
冷却润滑液为乳化液或植物油。
2 半孔钻工件上原来就有圆孔,要扩成腰形孔,这就需要钻半孔了。
若采用一般的钻头进行钻削，会产生严重的偏斜现象，甚至无法钻削加工。
这时可将钻头的钻心修整成凹形，如图7-2所示，突出两个外刃尖，以低速手动进给，即可钻削。
实际钻削时，还会遇到超过半孔和不超过半孔的情况，由于两者的切削分力情况不同，必须对半孔钻的几何参数作必要的修正，若条件可能的话，使用相应的钻套，就更好了。
3 平底孔钻平底又分平底解体4通孔和平底盲孔，如图7-5（b）、（c）所示。
这时，可把麻花钻磨成两刃平直且十分对称的切削刃，并把前角修磨成3°～8°，后角为2°～3°特别是后角不能大，大了以后不仅引起“扎刀”，而且孔底面呈波浪形，重则会造成钻头折断事故。
若钻削盲孔时，应把钻心磨成如图7-5(c)所示的凸形钻心，以便钻头定心，使钻削平稳。
4 薄板钻在(0.1～1.5)mm厚的薄钢板、马口铁皮、薄铝板、黄铜皮和紫铜皮上钻孔，不能用普通钻头，否则钻出的孔就会出现不圆、成多角形、孔口飞边、毛刺很大，甚至薄板扭曲变形，孔被撕破。
大的薄板很难固定在机床上，若用手握住薄板钻孔，当用普通麻花钻的钻尖刚钻透时，钻头失去定心的能力，工件发生抖动，刀刃突然多切，扎入薄板，切削力急增，易使钻头折断或手扶不住，造成事故。
图7-6所示的薄板钻，钻时钻尖先切人工件，起定心作用，两个风力的外尖迅速把中间切离，得到所要求的孔用它钻薄板的干净利落，安全可靠。
钻孔工艺总结
钻孔工艺总结钻头作为孔加工中最为常见的刀具，被广泛应用于机械制造中，特别是对于冷却装置、发电设备的管板和蒸汽发生器等零件孔的加工等，应用面尤为广泛和重要。
一、钻削的特点钻头通常有两个主切削刃，加工时，钻头在回转的同时进行切削。
钻头的前角由中心轴线至外缘越来越大，越接近外圆部分钻头的切削速度越高，向中心切削速度递减，钻头的旋转中心切削速度为零。
钻头的横刃位于回转中心轴线附近，横刃的副前角较大，无容屑空间，切削速度低，因而会产生较大的轴向抗力。
如果将横刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型，中心轴线附近的切削刃为正前角，则可减小切削抗力，显著提高切削性能。
根据工件形状、材料、结构、功能等的不同，钻头可分为很多种类，例如高速钢钻头（麻花钻、群钻、扁钻）、整体硬质合金钻头、可转位浅孔钻、深孔钻、套料钻和可换头钻头等。
二、断屑与排屑钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行，切屑必须经钻头刃沟排出，因此切屑形状对钻头的切削性能影响很大。
常见的切屑形状有片状屑、管状屑、针状屑、锥形螺旋屑、带状屑、扇形屑、粉状屑等。
钻削加工的关键--切屑控制①细微切屑阻塞刃沟，影响钻孔精度，降低钻头寿命，甚至使钻头折断(如粉状屑、扇形屑等)；②长切屑缠绕钻头，妨碍作业，引起钻头折损或阻碍切削液进入孔内(如螺旋屑、带状屑等)。
如何解决切屑形状不适当的问题：①可分别或联合采用增大进给量、断续进给、修磨横刃、装断屑器等方法改善断屑和排屑效果，消除因切屑引起的问题。
②可使用专业的断屑钻头打孔。
例如：在钻头的沟槽中增加设计的断屑刃将切屑打断成为更容易清除的碎屑。
碎屑顺畅地沿着沟槽排除，不会发生在沟槽内堵塞的现象。
因而新型断屑钻获得了比传统钻头流畅许多的切削效果。
同时短碎的铁屑使冷却液更容易流至钻尖，进一步改善了加工过程中的散热效果和切削性能。
而且因为新增的断屑刃穿了钻头的整个沟槽，经过多次修磨之后依然能够保持其形状和功能。
除上述功能改善外，值得一提的是该设计强化了钻体的刚性，显著地增加了单次修磨前钻孔的数量。
钻孔时的切削用量
钻孔工艺方法
用钻头在实体材料上切削出孔的工序称为钻孔。钻孔是孔的粗加 工工序，可以达到的标准公差等级为IT11—IT10，表面粗糙度为 Ra50—12.5，故只能钻出加工精度要求不高的孔。
一、工件的装夹
搭压板时应注意以下几点：
① 垫铁应尽量靠近工件，以减少 压板的变形。 ② 垫铁的高度应大于工件的高度， 保证夹紧力的作用方向垂直压紧工件。 ③ 螺栓应尽量靠近工件，这样可 使工件获得较大的夹紧力。 ④ 如果工件的被夹紧表面已经过 精加工，则表面上应垫铜皮等较软物 体，以防被压板压出伤痕。
a)平口钳 b)V形块 c)螺旋压板 d)角铁 e)手虎钳 f)三爪卡盘 图5—18 钻孔时工件装夹方法
第四节
钻孔工艺方法
二、一般工件的钻孔方法
钻孔开始，先调整钻头和工件的位置，使钻尖 对准钻孔中心，然后试钻一浅坑。
通孔在将要钻穿时，必须减小进给量，如果 采用自动进给，要改换成手动进给。 钻不通孔时，可按钻孔深度调整挡块， 并通过测量实际尺寸来控制钻孔深度。 钻深孔时，一般钻进深度达到钻头直径 的3倍时，要退出钻头排屑，以后每钻进一定深度， 提起钻头排屑一次，以免切屑阻塞而扭断钻头。 钻直径较大的孔（一般直径大于 30mm），可分两次钻削，先选用0.5—0.7倍的钻 头直径钻底孔，然后再用所需直径钻头扩孔。
三、钻孔时切削液的使用
表5-9 钻孔时使用的切削液
工件材料 切削液（体积分数）
各类结构钢
不锈钢，耐热钢 纯铜、黄铜、青铜 铸铁 铝及铝合金 有机玻璃
3—5%乳化液，7%硫化乳化液
3%肥皂加2%亚麻油水溶液，硫化切削油 不用，5%—8%乳化液 不用，5%—8%乳化液，煤油 不用，5%—8%乳化液，煤油，煤油与菜油的混合油 5%—8%乳化液，煤油
切屑控制与断屑措施
切屑形成的过程
切屑形成的过程包括工件材料的剪切、挤压、滑移等变形行为，以及切屑与刀具和工件之间的摩擦、散热等物理现象。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切屑控制与力学模型
通过对切屑形成的力学原理进行分析，可以建立切屑控制的力学模型。该模型可以描述切屑控制的力学行为，为设计和优化切屑控制措施提供理论支持。
总结词：智能加工中的切屑控制与断屑措施研究是未来发展的重要方向，旨在实现加工过程的自动化、智能化和精细化。详细描述：在智能加工中，切屑控制和断屑措施的研究是实现自动化、智能化和精细化加工的关键环节之一。通过引入传感器和人工智能等技术，可以实现对加工过程的实时监控和优化调整。例如，利用传感器检测切屑的状态和流向，结合人工智能技术对检测数据进行处理和分析，可以实现对刀具路径和切削参数的自动调整，实现更优化的切屑控制和断屑措施。此外，还可以利用智能加工中的自适应控制技术，根据加工过程中的实时反馈信息自动调整切削参数和刀具路径，以实现更高效、更可靠的加工过程。
切屑控制是指通过采取一定的措施，对切削过程中产生的切屑进行控制，以避免切屑对加工过程和工件产生不良影响。
切屑控制的概念
切屑控制对于保证加工过程的稳定性和提高工件的加工质量具有重要意义。通过对切屑进行控制，可以减少切屑对机床、刀具和工件的损伤，同时提高加工效率和质量。
切屑控制的重要性
切屑形成的力学模型
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04
CHAPTER
断屑措施
断屑概念
断屑是指金属切削过程中，切屑在切削力的作用下断裂成小块或小段，从而便于清除切屑，避免切屑堆积、缠绕刀具和工件，保证加工质量和安全。
钻削安全操作规程
钻削安全操作规程钻削是指利用钻头对工件进行加工的一种加工方法。
钻削操作过程中往往存在较大的危险因素，因此必须严格遵守一系列的安全操作规程，以确保操作人员的人身安全和设备的正常运行。
以下是钻削安全操作规程的主要内容。
一、操作前的准备工作1. 检查钻床设备的各项安全装置是否完好，包括切断开关、急停开关和漏电保护器等。
2. 检查钻床刀具和夹具的状况，确保刀具无损坏和变形，并正确安装和紧固夹具。
3. 确保工件的夹紧装置牢固可靠，避免在钻削过程中工件松动或脱落。
4. 清理并整理工作区域，确保操作环境整洁有序，避免杂物和障碍物对操作产生不必要的干扰。
二、操作时的安全措施1. 佩戴个人防护装备，包括安全帽、防护眼镜、耳塞或耳罩、工作手套和防护服等。
特别是在操作高速钻削时，要使用专用的防护面罩来保护面部。
2. 在启动钻床之前，确定操作人员是否熟悉钻床的操作要领，并向其详细说明操作规程和注意事项。
3. 坚决杜绝离开钻床的情况下进行其他工作，严禁吃东西、喝水和吸烟等与钻削操作无关的行为。
4. 操作时要保持集中注意力，不得分神或过度劳累，确保安全生产。
5. 钻削过程中不得用手触摸刀具和工件，要使用专用的刀具手柄或起子进行调整和夹紧。
6. 钻削过程中不得随意更改切削速度和进给速度，应根据刀具类型、工件材料和加工精度要求等因素进行选择和调整。
7. 钻削过程中严禁使用锈蚀、裂纹或变形的刀具和工件，以免引发事故。
8. 遇到异常情况，如工件松动、钻头卡住或发生破片飞溅等，应立即停止操作，切勿强行继续和投入手进行解决，而应找相关人员进行处理。
9. 钻削过程中要保持工件和钻孔周围区域的清洁，及时清理切屑和冷却液，以免积聚过多影响加工精度和安全。
三、操作结束后的安全措施1. 停机并切断电源后，应将所有刀具、量具和夹具等工具收拾整理好，放置在指定的存放位置，严禁乱放乱丢。
2. 清理并整理工作区域，清除切屑和冷却液等杂物，防止滑倒和堆积危险物。
切屑控制与断屑措施
① 带状切屑：切塑性金属，Vc较高、 较小、γo较大时 ② 挤裂切屑：切塑性金属，Vc较低、 ③ 单元状切屑：切塑性金属，Vc低、 ④ 崩碎状：切脆性金属时 较大、γo较小时 大、γo小时
屑形细分
（2）断屑措施： ① 在刀具前刀面上磨断屑槽或安装断屑台 槽形：a) 折线形 b) 直线园弧形 c) 全圆弧形
槽向：a) 外斜式→粗加工 b) 平行式→粗加工 c) 内斜式→半精、精加工
（2）断屑措施： ② 改变切削用量：提高f、适当降低Vc
③ 改变刀具角度： ↑Kr、↓γ
设刃倾角改变切屑流向 ④ 适当提高工件材料的脆性→↓εb λs>0 → 切屑流向刀杆、切屑碰后刀面 λs<0 → 切屑流向已加工面 ⑤ 采用振动切削装置
内容提要
1、切屑的流向及卷曲
2、切屑控制与断屑措施
切屑的控制
1、切屑的流向及卷曲
（1）流向
－λs使切屑流向已加工表面 ＋λs使切屑流向已加工表面
1、切屑的流向及卷曲
（2）卷曲与折断机理： 流经前刀面时的摩擦、滞 留使切屑底层拉长 碰到障碍是受到附加弯曲 力矩作用 断屑的原因：τmax＞σb
2、切屑控制与断屑措施
切屑控制(理论+实例)
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
对螺旋形切屑产生影响的参数：
切屑上卷曲率1/ x 横卷曲率1/ r 流屑角h
影响这些参数的因素有很多： 被加工材料的性质，切削用量， 刀具几何参数，冷却液及加工方式等。
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
上向卷曲
引起原因：厚度方向上的流速差
侧向卷曲
切屑控制理论（理论+实例）
断屑预报试验
4.切屑折断曲线
断屑预报系统
对于数据库中没有的复杂断屑槽车刀片， 要预报其断屑范围时，系统将根据输入的槽 型参数分析该刀片的槽型组成，从而调用对 应的切屑折断界限数学模型，采用搜索-逐 点分析法计算、搜索出切屑的临界折断点， 最终绘制成切屑折断曲线显示给用户。
切屑的运动学
建立切屑形成直角坐标系O1-X1Y1Z1（如图）：X1轴为切 屑与刀具的分离线，Y1轴平行于前刀面且垂直于X1轴，Z1轴 分别与X1轴和Y1轴垂直，原点为切屑靠近刀尖一侧与前刀面 的分离点。在该坐标系中，用一向量ω表示切屑回转角速 度，向量的方向由右手规则确定。
求ω！
切屑控制理论（理论+实例）
切屑控制理论（理论+实例）
切屑的生成学
刀具切入工件时，被切金属层经剪切面发生弹塑性滑移变形成 为切屑。前刀面的摩擦作用是切屑卷曲的主要原因，这是因为前 刀面的挤压作用使切屑厚度方向上存在不同的残余应变，使切屑 晶粒翻转，从而引起切屑的卷曲。同时刀具卷屑槽的存在在很大 程度上影响切屑的卷曲。 中山一雄指出:正常状态的切屑一般是螺旋形切屑,其形状可由 螺旋外径2ρ,螺距P，螺旋面与轴线的夹角θ确定。切屑流出后, 受到工件、刀具、机床等的阻碍引起变形或折断，从而形成各种 类型的切屑。因此，其它形状的切屑可以看成是螺旋切屑的演变 和组合。 切屑的卷曲可分解为Y-Z平面上的上向卷曲和X-Y平面上的侧向卷曲。 在一般情况下，它的合成是一条圆柱螺旋线，它的轴线平行于X-Z平面。
切屑控制与断屑措施
切削液使用中的问题
总结词
切削液在切削加工中起到冷却、润滑和清洗的作用，但在使用过程中也可能出 现泡沫、异味和腐蚀等问题。
详细描述
切削液在使用过程中可能会产生泡沫，影响冷却和润滑效果，同时也会带来异 味和腐蚀等问题。为解决这些问题，可以采取添加消泡剂、更换切削液或加强 切削液管理等措施。
05
未来研究方向与展望
THANKS
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选择合适的切削液对于切屑控 制至关重要，应根据加工材料 和刀具材料选择合适的决方案
切屑缠绕问题
总结词
切屑缠绕是切削加工中常见的问题，它可能导致设备损坏、生产效率降低和安全 隐患。
详细描述
切屑缠绕通常发生在铣削、车削和钻孔等加工过程中，当切屑不能及时排出或断 屑不彻底时，切屑会缠绕在刀具或工件上，影响加工质量和效率。为解决这一问 题，可以采取调整切削参数、更换刀具或优化切削液等方式。
02
切削过程中，切削力、切削热和 切削振动等多种因素相互作用， 影响切屑的形成。
切屑的类型
根据切屑的形状和形成机理，切屑可分 为带状屑、节状屑、崩碎屑和锯齿状屑 等类型。
锯齿状屑是由于切削刃上的切削力周期 性变化而形成的，其断面呈锯齿状，容 易产生振动和噪音。
崩碎屑是由于切削刃上的切削力突然变 化而形成的，其断面呈崩碎状，容易飞 溅伤人。
新型切削液的开发与研究
总结词
随着工业技术的不断发展，对切削液的性能要求也越来越高。未来研究将更加注重切削液的环保性、高效性和低 成本化，开发出新型的切削液以满足不断变化的市场需求。
详细描述
新型切削液的开发与研究将注重提高切削液的润滑性、冷却性和防锈性，以减少切削过程中的摩擦和热量，提高 切削效率和刀具寿命。同时，研究将探索切削液的生物降解性和低毒性能，以降低对环境的污染和危害。
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钻孔时的切屑控制
转速与进给对切屑的影响
当切屑能够从钻头中顺畅排出时，切屑形成是可以接受的。
对其进行识别的最佳方法是在钻削过程中进行监听。
连续的声音表示排屑良好，断续的声音表示切屑堵塞。
检查进给力或功率监视器。
如果存在异常，则原因可能是切屑堵塞。
查看切屑。
如果切屑长而弯曲，但未卷曲，则表示出现切屑堵塞。
查看孔，如果出现切屑堵塞，则将看到不平整表面。
优秀切屑
良好切屑
异常切屑（堵塞危险）
客户处常见的寿命判断标准为了避免切屑堵塞：
·确保使用正确的切削参数和钻头/刀尖槽形
·检查切屑形状- 调整进给量和速度
进入工件时产生的开始时的切屑总是很长，并不会造成任何问题
可转位刀片钻头（U钻）
中心刀片形成容易识别的锥形切屑。
周边刀片形成类似于车削时形成的切屑
外冷
外冷可在切屑形成良好以及孔深较浅时使用。
由于切削刃温度较高，外冷却液的使用可帮助防止积屑瘤的形成。