钻头技术

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麻花钻的历史
1822：历史上首次阐述上述形式的麻花钻，至今在外形上变化不大； 1864：Morse(莫氏）在美国成立第一家批量生产麻花钻的公司并向 全球出口麻花钻。
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表 面 粗 糙 度 Ra
12.5 3.2-6.3 3.2 1.6-3.2 1.6 0.8-3.2 0.8-1.6 0.1-0.8 0.025-0.4 0.05-0.4
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金属切削的基本原理
后角 前角
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VeΒιβλιοθήκη Baidusion 2010
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Flute Form 钻头排削槽形状比较
常规 芯厚 刚性好 抛物线
W=0.10D ~ 0.20D
W=0.20D ~ 0.30D
W=0.30D ~ 0.45D
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• 加工铸铁时刃尖磨损很大 • 刃尖被磨成70°并修磨钻心 • 通过修磨改善了刃尖的切削条件 • 用于灰铸铁，铸铁 GTW, GTS, GGG
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磨 成 中 心 尖
类型 E
• 带中心尖并修磨钻心 • 修正主切削刃使镰刀型刀刃磨成直线 • 非常精确的定心 • 切削穿透时产生一圆片 • 用于薄壁的工件(铁皮)和软的材料如铜和 木料
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类型 B
修磨横刃，修正主切削刃
• 主切削刃修正成 -3°到 +15° • 直到钻心前角不变 • 前角可修磨成适合不同材料 (可替代类型 H) • 用于高强度的材料
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硬质合金钻头种类
可换硬质合金钻头 焊接硬质合金钻头
整体硬质合金三刃麻花钻 整体硬质合金直槽钻 整体硬质合金麻花钻
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可调式硬质合金刀片浅孔钻
磨 成 交 叉 型
类型 C
• 横刃磨至 0,1 - 0,5 mm由两条中心刃替代 • 第二后面角为 35° - 45° • 轴向力减少约 60% • 应用于一般和较高强度的钢材，大钻心 的钻头
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类型 D
用于铸铁的双重顶角
典型的硬质合金阶梯钻
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硬质合金钻的S型横刃
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硬质合金钻的X型横刃及倒刃
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不同加工方法所能达到的孔精度
加工方法
HSS钻 HSS钻、扩 HM麻花钻 HSS钻、铰 HM直槽钻（钻铰刀） HSS钻、扩、铰 HSS钻、扩、粗铰、精铰 枪钻(单刃） 挤光 滚压
孔径精度
IT11-13 IT10-12 IT7-9 IT8-11 IT7-8 IT6-8 IT6-8 IT6-8 IT5-6 IT6-8
调节x值即可改变孔径
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可换式硬质合金组合钻
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高速钢钻与硬质合金钻的比较
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钻削中的力与运动
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钻孔中的断屑
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钻头技术
- 概论 - HSS麻花钻 - 硬质合金钻头
孔中起导向作用，倒锥度(0,02- 0,08)/100 mm， 起减少摩擦作用 背部上有棱边(2)和背面(9)
4 - 排屑槽 5 - 刃尖
切屑从孔中经排屑槽排出 连接棱边(2)与主切削刃(6)
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麻花钻的概念
6 - 主切削刃
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钻头技术
- 概论 - HSS麻花钻 - 硬质合金钻头
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整体硬质合金钻的应用条件
• 功率大，刚性好的机床 • 回转精度高，轴向跳动小的机床 • 刀具夹紧后的总回转误差最大为0,02mm (最好使用液压夹头) • 带内冷却道的钻头需要高的油泵压力 • 高的进给量和转速
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2 - W型
3 - H型
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麻花钻顶角与主切削刃形状
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顶角
• 顶角增大 – 强度好 – 硬的材料 – 切削力分布好 顶角减小 – 强度弱 – 加工软材料 – 切削力分布差
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不同刀具所能达到的孔精度
刀具种类 H12 H11 HSS X X HSS 扩孔钻 X 焊接式硬质合金钻 整体硬质合金钻 整体硬质合金直槽钻 整体硬质合金三刃钻 枪钻 绞刀 PCD 扩孔钻 PCD 绞刀 H10 X X H9 H8 H7 H6 H5
它们形成顶角σ
7 - 主后面 8 - 横刃 9 - 背面 10- 排屑槽
位于端面并往后磨落，形成后角α
连接主切削刃。因前角为负，切削时发生挤压，产生 约50%的总轴向力
把切屑从孔中排出，其形状使顶角为118°时主切削刃 为直线
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钻削加工特点
钻削加工是金属切削加工中最难的工序之一，原因是：
- 孔加工是成形加工，钻头的设计直接影响孔径精度； - 刀刃在孔中，冷却困难； - 切屑在孔内，排屑困难； - 断屑十分重要，否则会影响排屑，折断刀具
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硬质合金钻的波刃钻型
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硬质合金直槽钻的横刃修法
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硬质合金钻头刃尖钝化处理
（超细晶粒硬质合金）
铁屑
切削锲体
切削开裂线
刃尖钝化了的刀刃 （细晶粒硬质合金）
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DIN 1412 标准的修磨类型
• 横刃(k)处前角是绝对值很大的负值 • 横刃处没有切削而只发生严重挤压 • 不利的切削条件通过缩短横刃长度(即修磨 横刃)来改善
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The Effect of RThinning
Thrust Thrust
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修 磨 横 刃
类型 A
通过修磨横刃达到: • 改善钻削时的定心精度 • 减小30 %左右的轴向力 • 改善切削条件 • 修磨后的横刃长度约为 0,1 x D • 类型A用于软而韧的钢材，轻金属及塑料
X X
X X X X X
X X X X X X
X X X X
X
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钻 头 种 类
按材料分类：
- 高速钢钻头 - 焊接式硬质合金钻头 - 整体硬质合金钻头 - 超硬钻头
按构造分类：
- 刃数：二刃钻、三刃钻、多刃钻 - 钻尖：S型、X型、波型（硬质合金） - 阶梯：单级钻、阶梯钻、成形钻 - 共槽？：单槽钻、多槽钻 - 螺旋角：螺旋槽、直槽（钻铰刀、抛光钻） - 棱边：单棱边、双棱边 - 冷却：内冷钻、非内冷钻
DIN 1412标准的麻花钻
工作部分 颈部 切削部分 扁尾 圆柱柄 柄部
切削长度 螺旋槽长度 总长度
柄长
锥柄 冷却孔
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麻花钻的概念
1- 螺旋角 γ 2 - 棱边 3 - 背部
大小根据类型( N-W-H)从10-40°
切削重要工件材料所需的刃尖钝化量: 优质钢: 0,08 - 0,2 mm 碳素钢: 0,05 - 0,1 mm 高强度钢: 0,05 - 0,1 mm 铸铁: 0,03 - 0,05 mm
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普通HSS 涂层麻花钻
直线度的比较
标准麻花钻与深孔钻的排削槽形状比较
标准麻花钻
深孔钻
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深孔加工中不同钻头的扭矩比较
普通麻花钻
深孔钻（抛物线钻头）
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排屑槽与孔加工刀具
• 在强度足够的前提下，排屑槽尽可能大。 • 刀具越精密，切削余量越小，排屑槽数可越多。 钻头： 2-3 槽 扩孔钻：3 槽 铰刀： 4-6槽
麻花钻的角度
α Alpha β Beta γ Gamma 后角 锲角 前角 顶角 横刃角
σ Sigma ψ Psi
• 最佳的横刃角在52°- 58°之间 • 上述角度根据加工材料而定 • α + β + γ = 90°
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Dr. Yashi Ke: Drill Technology 阿诺《刀具技术》系列讲义之三
钻 头 技 术
Drill Technology
柯亚仕 博士/Dr. Yashi Ke
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钻头技术
- 概论 - HSS麻花钻 - 硬质合金钻头
钻头技术要点
- 精度（直径、同轴度、柄部精度） - 槽型 - 螺旋角、倒锥、棱边、顶角 - 钻尖（修横刃） - 刃口处理 - 涂层
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钻头类型 N - W - H
1 - N型 N W H
螺旋角 γ = 20°-30° 顶角 σ = 118° 用于加工至1200 N/mm² 的钢材、铸铁和铁合金 螺旋角 γ = 30°-40° 顶角 σ = 130°-140° 用于加工软的长切屑的材料，如铝、铝合金、 Al-Mg合金及铜 螺旋角 γ = 10°-15° 顶角 σ = 118° 用于加工硬而脆的材料，如Mg合金、Cu-Zn合金及 塑料
整体 硬质合金钻 整体硬质 合金直槽钻
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硬质合金双棱边钻
双棱边： 1 直线度好 2 表面光洁度好
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钻孔问题及解决方法
1 2 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 3 ● 4 ● 5 6 ● 7 8 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 9 解决方法 降低刀尖总跳动 增加倒锥 降低刃高差 提高刀具对称度 ● 改善切削刃型 改善刃口处理 增加顶角 降低刀具长度 选用涂层 ● ● 提高内冷压力 ● 降低切削速度 提高切削速度 ● ● ● ● ● ● 降低进给 ● 提高进给