第一章外排屑深孔加工技术

若想再增加过流截面积，只有采 用下述的两种形式。
(2)斜坡斜台型和斜坡平台型：如图 1.9-4(b)、（c）所示，这两种形式均 是斜坡型的改进型，是针对上述问题 采取的措施。台阶磨法可以获得较大 的过流截面积，并相应增加了内刃内 角的变化范围，为非标准型枪钻的刃 磨和使用提供了可能性。
2）枪钻钻型
除基本钻型外，还有一些变革钻型， 如图1.9-6所示。图1.9-6(a)为外刃倒角 型，此钻型可使刃口强度增加，延长刀 具寿命，并能起到一定的分屑作用。
图1.9-6(b）为外刃分屑型，主要用于直 径较大的枪钻。标准枪钻一般通过钻尖 来分屑，并且很不可靠。因长时间的切 削，钻尖变钝，切削作用必然减弱。特 别是当枪钻直径较大时，切屑厚而宽， 不易排出，必须采用此钻型进行分屑。
A、钻头头部
钻头头部有出油孔，出油孔的形状和大小主要根据 切削液流动特性和流动要求来确定。常用的形状有单 圆孔形、半月形、八字形及双圆孔形4种，如图1.3所 示。其中八字形及双圆孔形出油孔面积为最大，常用 于大直径枪钻或双刃枪钻。小直径枪钻或单刃枪钻常 用单圆孔形及半月形截面形状。
枪钻油孔形式
为了保证加工孔的精度，枪钻头部有两个导向块， 与副切削刃带形成三点定圆，自身导向。导向块的形式 随枪钻头部结构和直径而异，如下图所示。镶焊结构头 部，镶焊两个条块状导向块；整体结构头部，直径大的 直接制成；直径小些的可在圆柱面上磨出平面，自然形 成两个导向块。
2）切削部分倒锥值
倒锥的主要作用是： (1)减少钻头与工件孔壁间的摩擦，减少 切削热。 (2)保证有冷却润滑膜产生，防止钻头导 向块和切削刃表面的损坏。
倒锥值的大小直接影响枪钻的沿径向的磨损量越大。 因此，倒锥值的确定原则是：既要考虑 被加工另件的精度要求，又要尽量延长 枪钻的使用寿命。
（3）为了使钻头在钻孔时不被卡死，枪钻的 外圆圆周角大于炮钻（这同时有助于增大钻 头和钻杆的扭转刚度和弯曲刚度）；
（4）为了使钻头的切削性能更好，在外刃的 周边磨出后角（边刃后角）。
❖为保证钻头 与钻杆准确对 接，并能承受 较大的转矩， 将二者的接口 部加工成互相 吻合的60°尖 角形，或90° 平底形（图1. 4），然后钎 焊为一个整体。
槽形角过大，则钻杆刚性减弱过多。 计算和实验表明，当θ= 110°时， 钻杆的扭转刚度为轧制前圆形钢管 的35％。
二、其他几何参数 1）零位芯柱
图1.9-3 枪钻零位芯柱
枪钻的主切削刃要通过钻头中心或略低
于钻头中心，不得高于钻头中心，避免崩刃。 由于内刃低于中心h值，形成了柱形芯棒 （零位芯柱），如图1.9-3所示。芯棒的形成 一方面可以减少轴向力，另一方面减少了孔 轴线的偏移，给枪钻以附加的导向，对钻削 是有利的。芯棒直径不宜过大，以便于自动 折断同切屑一起排出。通常取零位芯柱半径 h＝（0.015一0.025）d0，一般不要大于0.4 mm。为了避免芯棒与钻头体之间的摩擦， 内刃一般少量超过钻头中心，超过的值用bc 表示，bc的值必须大于芯棒半径，一般取bc ＝(2～3)h。
• 图18为一种针对粘性材料设计的双油孔单边刃枪钻。 位于切削刃上方但位置靠后的第二出油孔，直接将 高压切削液冲击正在形成的切屑使之加工折断，同 时改善前刀面的润滑条件。这种钻头的主要缺点是 前刀面重磨有一定难度，用户较难掌握。
图1.9为一种断 面类似于麻花 钻的双刃外排 屑深孔钻，其 结构相当于带 直槽的油孔麻 花钻。
• 枪钻的这种不可拆卸结构，带来了一些 本质性的缺陷，如重磨时拆卸、安装不 便，钻头报废时钻杆不能重复使用，因 而也增大了刀具成本等等。钻头直径越 大，钻杆越长，上述弊端就越显得突出。 这是枪钻不适用于φ35mm以上深孔加工 的一个主要原因。历史上，曾经有不少 人多次尝试过采用可拆卸的连接方案 （如埋头孔销钉结合、埋头孔柄舌结合、 螺纹夹紧V形槽结合、凸轮面结合等）， 但都因缺乏实用价值而以失败告终。
图1.9-1 枪钻切削部分要素
一、切削角度 1） 前角和后角
前角γ0＝0°，便于制造和重磨；外刃 后角α1 = 8°～15°(切削钢料为8°～12° ，硬度高时取小值；钻削铝、镁及其合金时 为15°。内刃后角a2= 10°～15°, 接近钻 心取上限。
副切削刃后角α0= 12°～30 °，并留有 刃带宽度bα，ba=0.25～0.5mm，过窄易划 破油膜，过宽将增大摩擦力，引起卡钻。
三、过油通道和钻型 1）过油通道
为了增加切削液的流动空间，需要在钻头 内刃的延长线上磨出过油通道，如图1.9-4所 示。
图1.9-4枪钻的过油通道
为避免切屑堆积，使切削液易于流向V型 槽，还要在轴肩上磨出与径向成15°～30°, 宽度为0.2mm的倒角。
过油通道有以下3种形式：
(1)斜坡型：如图1.9-4(a)所示，刃磨方便，应 用较多。但这种过油通道的过流截面积较小， 并且难以增大。理由是该过流截面积取决于 内角ψrr，而内角ψrr受到钻头切削性能的限制， 不宜过大。如果过大，则导向块滞后量过大， 易引起入口处切削不平稳和切削液溢漏过多， 并可能使内刃径向力大于外刃径向力，造成 钻头走偏。标准枪钻一般取ψrr=20°。
图 导向块的形式
B、钻杆 枪钻钻杆一般用高强度合金钢管压制成。根据 钻孔的深浅和钻头的结构，可选用不同形式的钻 杆，如图下所示。
图1.a 枪钻钻杆的类型 (a)－D形；(b)－U形；(c)－V形；(d)－中心槽形； (e)－圆形；(f)－麻花形
C、钻柄
❖钻柄的作用：1）与机床实现对接、承受夹 持力、传递转矩及进给力；2）在密封条件下 向钻头传输高压切削液。其外径必须与钻杆严 格同轴，并且有足够大的直径以便于固紧。历 史上曾出现过多种型式的钻柄设计，图1.1-5 为其中最常见的型式。
K = 0.02d0
3）导向块滞后量
为了防止导向块前端先于刀刃参加切 削，要求导向块前端必须滞后外刃尖一 定距离，该值即称为导向块滞后量如书 中图1-28所示，P49。滞后量不能过大， 否则将引起入口处切削不稳定。通常滞 后量取为0.5～1.2mm，或取为(2～4)f(f 为进给量）。 但对于加工硬化剧烈的材 料，考虑到导条的磨损，滞后量可取大 些，像不锈钢，可取1.5-2.5mm。
图1.9-2枪钻不同刃形的受力状态
外刃径向力过大，如图1.9-2(a） 所示，将使作用于导向块的挤压力增 大，摩擦增大，已加工表面恶化，热 量增加.
内刃径向力过大，如图1.9-2(b) 所示，将使合力作用于内刀刃上，引 起较大的直线度误差，使孔径尺寸超 差、表面粗糙度增加、切削刀刃带过 早磨损等。
• 直径大的钻头可改用三片硬质合金镶在钢质 钻头体上，见图1.3（b).
• 枪钻继承了炮钻单边刃切削的构思，只用一 侧半径上的单边切削刃加工，但对炮钻作了 以下几项重大改进：
（1）将炮钻的平刃改为由外刃和内刃组成的 单边刃结构；
（2）炮钻的前刀面略高于中线，而枪钻的前 刀面不得高于中线，但允许略低于中线；
枪钻切削部分长度与孔精度和倒锥斜角之 间关系为：
ls＝(dmax-dmin）/2tanα 式中 ls—枪钻切削部分长度mm；
dmax—最大孔径，mm； dmin—最小孔径，mm； α一倒锥斜角，（°）。
为适应多种切削加工的要求，标准枪钻一般 按每100 mm的长度上直径的减少量来标注，这 个减少量K可以按下式计算，即
❖由于其双刃完全对称，所以不具备枪钻的单边刃自 导向特征，原则上属于油孔麻花钻的变种，但刀具 刚度稍逊于麻花钻。由于不具备自导向作用且刚度 较低，虽然进给量稍大于枪钻，但钻头易走偏，加 工粗糙度也较大。
1.2.2、枪钻几何参数
枪钻切削部分要素如下图所示。有两条主切削刃 和一条副切削刃，靠近钻心的一条主切削刃称为内刃， 另一条主切削刃称为外刃，其交点被称为钻尖。
最好的情况是内、外刃径向力相等或
者外刃径向力稍大于内刃径向力，如图 1.9-2（c）所示，使合力作用于导向块上， 防止钻头走偏。在理论上，外、内刃径向 力平衡时，ψr、ψrr和e有如下关系：
通常取e= d0/4。考虑内刃切削速度 较低，钻心部分切削情况比较复杂，要
保证外刃径向力等于或稍大于内刃径向 力，必须使ψr＞ψrr。加工一般材料时， 取e= d0/4, ψr为30°～40°，ψrr为 20°～25°，软材料取小值。用枪钻加
第一章 外排屑深孔加工技术
现代深孔钻削技术包含三项内容：
A、实体深孔钻削技术；B、套料钻削技术 C、深孔扩钻技术。其中，实体钻削占有主要 地位，也是深孔加工技术的核心。
外排屑深孔钻是20世纪30年代初最早用于 枪管制造的具有单切削刃、自动排屑及冷却润 滑、具有自导向功能的现代深孔刀具，通称 “枪钻”。在枪钻的基础上，随后又衍生出几 种双刃外排屑深孔钻。
有两个分设于直径对侧但刃宽不相等的切削刃
（每侧的切削刃又分为内刃和外刃），中央的通油孔 是偏心孔。因此，加工时两侧的切削刃都达不到中心， 从而留下一根直径不大的芯棒。由于有双刃参加切削， 可以适当加大进给量。另外，其中央芯柱对钻头也能 起到一定的定心作用，使钻头的走偏降低。其缺点在 于刀杆的制造难度较高，而且排屑槽较窄，不适于加 工韧性大的材料。
本章重点介绍枪钻技术
1.1 枪钻的由来
• 扁钻：书中图1.1，最古老的实体钻孔刀 具，用于木材、青铜器、铁器上短小孔 的加工，工效低，易走偏，钻出的深孔 弯曲而粗糙。由于其没有好的自导向， 跑偏是其致命的弱点。为了改善上述的 弱点，18世纪末出现了一种用于炮管钻 孔的单边切削刃钻头－炮钻。
炮钻：图1.2，亦称半圆钻，单边切削 刃钻头，自导向功能和良好的刚度；但 由于不能连续自动排屑，只能靠频繁的 退出钻头来实现排屑和切削刃的冷却润 滑，因此工效很低。可由于炮钻的单刃 切削和自导向功能的实现，成为实体钻 孔刀具的一大发明，所以说，炮钻可当 之无愧地被列为第一代深孔钻头。 枪钻：20世纪30年代诞生，能自动供油 排屑，单边刃切削，能自动导向。