第29卷第5期企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)2010年3月_Vol.29 No.5TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT 0F ENTERPRISEMar.2010鉆削技術(shù)的研究陳桂平(湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)部,湖南長(zhǎng)沙410082)摘要:鉆削是應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械加工方法。 文章論述了鉆削用工具材料的發(fā)展與應(yīng)用,介紹了國(guó)內(nèi)外鉆頭研究發(fā)展?fàn)顩r,并對(duì)鉆削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:鉆削技術(shù);鉆頭;綜述.中團(tuán)分類(lèi)號(hào):G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006- 8937(2010 )05-0062-03Research on drilling technologyCHEN Gui-ping(College of Mechanic Engineering, Hunan Intemational Economics University ,Changsha, Hunan 410082 ,China)Abtract:Dilling is a machining method which is used widely. This paper discusses the development and application of dillig toolmaterial, introduces the research and development situation of drill home and abroad,and finally prospects the development trend ofthe dilling technology.Keywords: dilling technology ;rill;review.在機(jī)械加工制造業(yè)日趨發(fā)展的今天，鉆削依然是應(yīng)1鉆削用工具材料的研究發(fā)展用最為廣泛的孔加工工藝之一。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)資19世紀(jì)前,機(jī)械加工行業(yè)使用的刀具材料一直是碳素料,在所有的加工工時(shí)中,有22%消耗在孔加工操作上，在某些機(jī)械行業(yè)中鉆孔工序可占總工序量的30%-40%，工具鋼。高速鋼是19世紀(jì)末繼高碳鋼之后誕生的切削用工在柔性生產(chǎn)線和加工中心上，鉆削工序約占加工總時(shí)間具材料,直到今天,高速鋼仍然占據(jù)著重要的位置。硬質(zhì)合的30%~35%。各國(guó)鉆頭總產(chǎn)最占刀具總產(chǎn)最的60%左金材料則是一種新型刀具材料,其應(yīng)用還不到一個(gè)世紀(jì)。右。迄今為止,鉆削仍是孔加工中最經(jīng)濟(jì)、最高效的方法,硬質(zhì)合金從20世紀(jì)初開(kāi)始，經(jīng)歷了從形成到發(fā)展.在機(jī)械、電子等不同生產(chǎn)領(lǐng)域中起著重要的作用。成熟,再到90年代的產(chǎn)品精密化階段。1923年德國(guó)人施在決定鉆削的主要因素(機(jī)床、鉆頭、工件)中,鉆頭律特爾為了提高拉絲模質(zhì)量，將低熔點(diǎn)鐵族金屬滲入碳是最活躍的因素,而鉆頭耐用度的高低、加工精度和加工化鎢坯塊中，研制成功世界上第一件硬質(zhì)合金產(chǎn)品從而工件表面質(zhì)量等，在很大程度上又取決于鉆頭本身的材開(kāi)創(chuàng)了硬質(zhì)合金的新紀(jì)元。不久德國(guó)柏林的Osram研究料和鉆頭鉆型的合理選擇。室的KarlSchroter也發(fā)明了鈷粘結(jié)劑液相燒結(jié)碳化鎢，當(dāng)高速鋼麻花鉆仍在鉆削刀具中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)時(shí),使其最初是用于拉制白熾燈用鎢絲的模具材料,但幾乎與用新材料.新涂層和新鉆型的鉆頭已層出不窮。而今新型此同時(shí)它作為切削刀具的潛能被發(fā)掘出來(lái)。三、四十年刀具材料特別是硬質(zhì)合金材料得以廣泛地應(yīng)用，采用硬代，燒結(jié)硬質(zhì)合金對(duì)德國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)作出了巨大的貢獻(xiàn),同時(shí)由質(zhì)合金鉆頭可大大提高鉆削效率孔表面質(zhì)量和精度。同于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要也促進(jìn)了硬質(zhì)合金的蓬勃發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)時(shí)新鉆型的運(yùn)用,可大大提高鉆頭壽命并相應(yīng)提高孔加工在德國(guó)及其占領(lǐng)的歐洲極度缺乏鎢，而且人們發(fā)現(xiàn)碳化質(zhì)量,鉆型參數(shù)的合理選撣可大大降低鉆削時(shí)的軸向力鎢刀具中1 kg的鎢比高速鋼刀具中1 kg的鎢切削金屬和鉆頭所受的扭矩,并能顯著提高鉆頭耐用度。要多得多,而且允許的切削速度也要高得多,這就注定在據(jù)CIRP資料,由于刀具材料的不斷改進(jìn),允許的切可能場(chǎng)合都用硬質(zhì)合金刀具替代高速鋼刀具進(jìn)行切削。削速度幾乎每隔10年提高一倍,由于鉆頭結(jié)構(gòu)和參數(shù)的在1945年后的10余年里,硬質(zhì)合金多用于采礦,切改進(jìn),刀具耐用度幾乎每隔10年提高兩倍。由此可以看削刀具方面大約只用了1/4,當(dāng)時(shí)硬質(zhì)合金沒(méi)有大量用于出,刀具材料和鉆頭鉆型的合理選擇以及鉆頭參數(shù)優(yōu)化切削刀具的一個(gè)原因是其比較稀有昂貴。60年代早期,對(duì)于鉆削的重要意義,特別是性能越來(lái)越好的硬質(zhì)合金隨著化學(xué)氣相沉積涂層的出現(xiàn)，在蘇伊士實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出材料在鉆削領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。所以很大程度上對(duì)鉆了CVD碳化鈦涂層材料,相繼物理氣相沉積在-些國(guó)家削技術(shù)的發(fā)展研究就是對(duì)鉆頭的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的也中國(guó)煤化工起來(lái),迅速占到了世研究。界硬二金的應(yīng)用也幾乎覆蓋了:DH. CNM HS質(zhì)合金的研究開(kāi)發(fā)也收稿日期:2010-01-04作者簡(jiǎn)介:陳桂平(1975-).男,湖南寧鄉(xiāng)人,博士研究生，工程師,講在不斷發(fā)展。硬質(zhì)合金另一個(gè)突出的發(fā)展趨勢(shì)是普及硬師,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究與教學(xué)。質(zhì)合金涂層刀片,涂層硬質(zhì)合金刀片自1969年投入市場(chǎng)第29卷第5期.陳桂平:鉆削技術(shù)的研究63以來(lái)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已占據(jù)了全部硬質(zhì)合金刀片的角公式,但所給出橫刃斜角不是獨(dú)立變量,后刀面形狀不60%~70%。能唯一。1970年,S.Fuji ,M.F.Devries和S.M.Wu采用割平最近10年,我們可以看到,在成份和顯微結(jié)構(gòu)上復(fù)面法將鉆尖后刀面的三維空間曲面化為二維研究，重新雜化的碳氮化鈦基硬質(zhì)合金,即“金屬陶瓷"的使用正日給出了橫刃斜角的定義。1978年. W.D.Tsai和S.M.Wu將益增長(zhǎng)。涂層硬質(zhì)合金刀片已由早期的單涂層發(fā)展到了鉆尖后刀面的三種形式錐面、橢球面、雙曲面統(tǒng).一成二次雙涂層、三涂層以至多涂層,如瑞典山德維克公司最新涂曲面的標(biāo)準(zhǔn)方程,并給出幾何參數(shù)的計(jì)算公式,但并沒(méi)有層刀片GC3015、美國(guó)肯那曼特公司KC910都是雙涂層提出其刃磨方法，而鉆尖數(shù)學(xué)模型的建立是與其刃磨方(TiC-Al2O3),聯(lián)邦德國(guó)的Widalon 刀片有13涂層。這些法分 不開(kāi)的。兩年后,EJA.Amarego指出錐面. 平面和圓材料的應(yīng)用也促進(jìn)了機(jī)加工行業(yè)的高速和大進(jìn)給量加工柱面中以錐面后刀面為最佳.。1983年，南非S.Kaldor,K.的發(fā)展。Moore ,T.Hodgson采用給定磨削參數(shù)范圍用窮舉法求解隨著切削加工要求的不斷提高,自1968 年瑞典可樂(lè).鉆尖后刀面的方程,這種方法費(fèi)時(shí).內(nèi)而不可能應(yīng)用于實(shí)滿J研制成功超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金RIP后,這種高硬度、高際刃磨過(guò)程的計(jì)算。1985年,湖南大學(xué)的林丞和曹正銓.強(qiáng)度的材料受到了各硬質(zhì)合金生產(chǎn)家和研究機(jī)構(gòu)的重采用最優(yōu)化方法在計(jì)算機(jī)上快速求解刃磨參數(shù),從而為視,1969年，日本住友電氣公司研制的AF1的超細(xì)晶粒實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床肖接刃磨出任意指定鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的鉆尖硬質(zhì)合金,其WC晶粒在0.2~0.3 um之間,其抗彎強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)。1986年林承和曹正銓進(jìn)一步指出錐面后刀高達(dá)4900 MPa,硬度HRA高達(dá)93。1970年前蘇聯(lián)推出了面上尾隙角是后刀面的最佳補(bǔ)充幾何參數(shù)。1990年林丞BK6--6M.BK10-0M.BK15--0M超細(xì)硬質(zhì)合金。到1984年,和曹正銓建立了群鉆數(shù)學(xué)模型與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系,從住友電氣公司通過(guò)特殊的兩階段還原法生產(chǎn)出了粒度小而在數(shù)控機(jī)床上第一次實(shí)現(xiàn)了群鉆的自動(dòng)刃磨。1991于0.5μm的WC粉,并由此獲得Co含量12%,硬度93HRA,年,曹正銓、龍騰輝用橫刃前角作為補(bǔ)充參數(shù),建立了螺強(qiáng)度高達(dá)5000N/mm2的AFI合金，用其制成的鉆頭在旋面鉆尖的數(shù)學(xué)模型,從而進(jìn)-.步簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)。1994印刷電路板鉆孔中獲得極好效果，耐磨性和孔位置精度年，湖南大學(xué)胡思節(jié)建立了雙邊非對(duì)稱(chēng)分屑槽群鉆的數(shù)比以往鉆頭都有很大提高,進(jìn)給速度提高了4倍以上,而學(xué)模型,為其實(shí)現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上的刃磨奠定了理論基礎(chǔ)。且有良好的抗折斷性能。1999年5月,Sandvik在新聞發(fā)1999年湖南大學(xué)周志雄、袁建軍.林承建立了非共軸螺布會(huì)上隆重推出了晶粒度為0.2 μm的新型納米硬質(zhì)合旋面鉆尖的數(shù)學(xué)模型,并得到了給定刃磨參數(shù)下鉆尖的計(jì)金PN90，從而在國(guó)際上開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)晶粒度為算機(jī)仿真結(jié)果。0.2μm的納米硬質(zhì)合金的先河。鉆削加工是在半封閉狀態(tài)下進(jìn)行的,排屑、冷卻、潤(rùn)最近幾年又研究發(fā)展了新結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金,如Sandvik滑、觀察和測(cè)試等均比其它切削方法要困難得多,隨著工推出的雙相結(jié)構(gòu)梯度硬質(zhì)合金,簡(jiǎn)稱(chēng)DP(Dual phase)合業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，被鉆削的金屬材料和非金屬材料已金,突破了傳統(tǒng)的思維方式,成功地解決了硬質(zhì)合金作為多達(dá)數(shù)萬(wàn)種,其中不少材料的硬度、強(qiáng)度和韌性都很高，鉆削刀具時(shí)耐磨性與韌性難以同時(shí)兼顧的矛盾，使其使對(duì)鉆削加工要求日益嚴(yán)格。在有些機(jī)械加工.企業(yè)中鉆削用壽命得到顯著提高。加工已成為關(guān)鍵性工序,世界許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家不惜耗費(fèi)巨資、投入大量人力物力,采用最先進(jìn)的技術(shù)和手段,2國(guó)內(nèi)外鉆頭研究發(fā)展?fàn)顩r不遺余力地深入研究鉆削機(jī)理.鉆削加工的新方法、新的鉆頭在機(jī)械加工行業(yè)的應(yīng)用最初是從麻花鉆開(kāi)始鉆頭結(jié)構(gòu).鉆頭切削刃形狀等。人們?cè)诶碚撋咸接戙@頭的的。麻花鉆是一種形狀比較復(fù)雜的孔加工刀具,自其誕生數(shù)學(xué)模型及刃磨方法的同時(shí),世界上各刀具、材料廠商也的100多年來(lái),雖然它的結(jié)構(gòu)形狀變化不是很大,但結(jié)構(gòu)相繼推出了不少鉆型，特別是世界上幾大硬質(zhì)合金廠都參數(shù)卻一直在不斷完善,刀具材料也在不斷革新和改進(jìn),推出了自己的鉆頭。其鉆型主要有:高速鋼麻花鉆性?xún)r(jià)比高的孔加工刀具，至今仍然是孔加①整體硬質(zhì)合金鉆頭。如日本東京鎢業(yè)公同生產(chǎn)的工中應(yīng)用較為廣泛的一種刀具。VH型.RH型及CDS型整體硬質(zhì)合金麻花鉆頭，鉆頭真20世紀(jì)50年代以后,鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)不斷改進(jìn),相繼徑從00.1~1.5 mm。整體硬質(zhì)合金的另一種結(jié)構(gòu)是三刃研究出了-些新的鉆型.如1953年我國(guó)倪志福同志革新鉆,是由瑞士Malter Maier 公司生產(chǎn)的,該鉆頭3條士刃麻花鉆新鉆型,在鉆尖上磨出月牙形凹圓弧刃等,并發(fā)明相對(duì)于鉆軸成120。對(duì)稱(chēng)分布三條橫刃的交點(diǎn)與鉆頭軸了群鉆。這種鉆型成為后來(lái)出現(xiàn)的眾多鉆型中的佼佼者。心重合,可以避免二刃鉆的回轉(zhuǎn)振動(dòng).從而可以提高鉆削與此同時(shí),由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用,對(duì)鉆頭的數(shù)學(xué)中國(guó)煤化工模型的研究日趨成熟,人們開(kāi)始了對(duì)鉆頭數(shù)學(xué)模型的研三菱金屬礦業(yè)株式會(huì)究。1957年,Galloway推導(dǎo)了普通麻花鉆鉆尖的數(shù)學(xué)模社的YHCNMHG而厚的整體式刀片型,他分析了麻花鉆主刃附近的幾何形狀,給出了后角的精確固定在刀體上,刀片上壓有斷屑槽及相錯(cuò)的分屑槽，定義和測(cè)量方法，推導(dǎo)了鉆溝螺旋角的方程和主刃前后切削液可通過(guò)刀體上的兩個(gè)輸油孔輸送到切削刃口,并._64企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)2010年3月將切削沿螺旋形容屑槽推出，加工效率為高速鋼麻花鉆潤(rùn)滑性。發(fā)展微晶硬質(zhì)合金鉆頭,提高鉆尖的抗壓碎性。的3~5倍。②發(fā)展更先進(jìn)的鉆頭夾具系統(tǒng)。要想獲得滿意的加③硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆。1975年，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)工效果,夾持鉆頭的夾具性能至關(guān)重要 。如果鉆夾具達(dá)不.位淺孔鉆頭作為專(zhuān)用工具“鋼軌鉆頭"在市場(chǎng)上首次出到所要求的剛性 ,即使獲得了驅(qū)動(dòng)鉆頭的功率,也不能進(jìn)現(xiàn),是繼60年代噴射鉆取得成功后的又- -新突破。硬質(zhì)行 有效的切削。合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆一般長(zhǎng)徑比小于4,切削速度可高達(dá)③鉆削過(guò)程建模成為研究熱點(diǎn)。影響鉆削過(guò)程的各300m/min,進(jìn)給速度可達(dá)995mn/min,刀片不需刃磨,效種因索.包括鉆頭幾何結(jié)構(gòu)、制造和安裝誤差.物理特性率可比高速鋼麻花鉆高10倍以上,具有代表性的有德國(guó)(靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性)、切削條件 、環(huán)境溫度、工件尺寸和材Hertel公司的Dill-Fix鉆頭,Krupp公司的WidaxBW鉆料等都將逐步納入建模研究的范圍,各種鉆型、切削條件頭，美國(guó)Kennametal Inc公司的Kendex/metcut 鉆頭。1979和鉆削 工藝有關(guān)的鉆削力，鉆削溫度、鉆頭磨損與壽命、我國(guó)成都工具研究所也開(kāi)始對(duì)其研究，并于次年試制成切屑變形 與排出、鉆削質(zhì)量.鉆削效率和鉆削成本等都將四邊形和凸三邊形兩種結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金鉆頭，該鉆頭可成為鉆削過(guò)程建 模的對(duì)象,建模方法將更加多元化,模型比高速鋼提高效率兩倍，提高壽命1倍。預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性將進(jìn)一步提高，鉆削模型將不僅用于仿真④焊接式硬質(zhì)合金鉆頭。如日本細(xì)井公司生產(chǎn)的Di-和預(yù)報(bào),而且將更多地用于指導(dǎo)鉆頭設(shè)計(jì)、制造和鉆削過(guò)jet鉆頭,三菱株式會(huì)社的無(wú)橫刃鉆頭等都是焊接式硬質(zhì)程 的優(yōu)化與監(jiān)控。合金鉆頭,其特點(diǎn)是沒(méi)有橫刃,兩個(gè)輸油孔可將冷卻液輸④鉆頭的幾何設(shè)計(jì)和制造方法仍將是研究的重點(diǎn)。送到切削刃口。適合于加工各種材料和加工條件的新鉆型將繼續(xù)涌現(xiàn),⑤新型硬質(zhì)合金群鉆。進(jìn)入90年代后各硬質(zhì)合金廠適用于微機(jī)械制造和印刷電路板制造的微型鉆頭的研究商更是不斷推出設(shè)計(jì)新穎、科學(xué)的硬質(zhì)合金鉆頭,日本黛將走向深入。鉆頭制造方法的研究將向集成制造系統(tǒng)的杰工業(yè)公司開(kāi)發(fā)了一種具有獨(dú)特切削刃和鉆溝形狀的方向發(fā)展.鉆頭特別是群鉆的自動(dòng)刃磨問(wèn)題將得到解決，DDS型Sigma鉆頭,其剛性高，獨(dú)特的鉆溝形狀使其排屑并會(huì)特別注重設(shè)計(jì)與制造的一體化、自動(dòng)化和智能化。流暢,并能控制刀屑的形狀,能確保切削液順利到達(dá)切削⑤鉆削機(jī)理的研究將逐漸受到重視。鉆頭與鉆削過(guò)區(qū)域,使鉆頭切削刃得到充分的冷卻與潤(rùn)滑,切削刃的溫程研究越來(lái)越需要鉆削機(jī)理研究的支持,鉆削機(jī)理研究是升小，能長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行穩(wěn)定的鉆孔加工。制約鉆頭與鉆削工藝研究的瓶頸;鉆削是最為復(fù)雜的切削此外,人們還研制出了S刃鉆尖、細(xì)顆粒硬質(zhì)合金鉆加工過(guò)程之-,而關(guān)于切削原理的基礎(chǔ)研究必然會(huì)從相對(duì)頭、陶瓷鉆頭、超硬刀具材料鉆頭等,S-Cut 鉆頭、E鉆簡(jiǎn)單的車(chē)削加工研究向更復(fù)雜的鉆削加工研究過(guò)渡。頭、F1鉆頭、BEAM鉆頭等都是新近研發(fā)出來(lái)的新型硬質(zhì)合金鉆頭。Sandvik公司研制的雙硬質(zhì)合金鉆頭更是具參考文獻(xiàn):.有兩種不同類(lèi)型硬質(zhì)合金的特性,在鉆頭中心,理論上切削速度為零,堅(jiān)固而富鈷的硬質(zhì)合金承受著與非常低的[1] 夏伯雄.鉆孔技術(shù)的新發(fā)展[).機(jī)電工程技術(shù),002,31(6);:切削速度相關(guān)的振動(dòng);而在鉆頭四周邊緣是堅(jiān)硬的高強(qiáng)3-4.度硬質(zhì)合金和耐磨涂層。隨著制造業(yè)的需求和科學(xué)技術(shù)[2] Tonshoff HKL,Sointing. W .Konig W., Neises A.Machining of的不斷發(fā)展，新型鉆頭還會(huì)不斷涌現(xiàn),現(xiàn)階段硬質(zhì)合金鉆holes - developments in driling technology [J.CIRP AnnalsManufacturing Technology , 1994 ,43(2):551-561.頭鉆削中的各種問(wèn)題隨必定會(huì)引起人們的重視。[3]李合琴,尤顯卿.國(guó)外刀具行業(yè)產(chǎn)晶概況[].五金科技.1996,.3鉆削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)24(3):7-10,16.20年前,整體硬質(zhì)合金鉆頭的典型切削速度為60~[4]胡地,萬(wàn)美珍.刀具材料的現(xiàn)狀和發(fā)展[J.武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997, 19():54-57.80 m/min。如今,在機(jī)床能夠提供足夠的功率、穩(wěn)定性和[5]張立.國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)合金研究與發(fā)展動(dòng)態(tài)[]有色金屬工業(yè)，冷卻液輸送能力的條件下，采用200 m/min的切削速度2001 , (10):25- -26.鉆削鋼件已不足為奇。盡管如此,與車(chē)削或銑削加工的一[6] Tsai W.D,Wu S.M. A Mathematical model for drill point de-般切削速度相比，鉆削加工在加工效率上還有很大的提sign and grinding[J.ASME Jourmal of Engineering for Industry,高潛力。此外,為了充分發(fā)揮現(xiàn)代硬質(zhì)合金基體和表面涂1979,(101):330- -340.層的優(yōu)異性能，就必須對(duì)鉆頭的幾何參數(shù)和鉆型進(jìn)行優(yōu)化[7] 曹正鈴，龍騰輝螺旋面鉆尖的數(shù)學(xué)模型J.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)設(shè)計(jì),必須根據(jù)加工用途對(duì)鉆尖鉆尖角、刃帶形狀、切削中國(guó)煤化工刃制備,排屑槽型排屑槽和刃帶的數(shù)量等進(jìn)行合理調(diào)整。[8]陳技術(shù)的發(fā)展[].世界有①發(fā)展新型的鉆頭設(shè)計(jì)制造技術(shù)。如發(fā)展具有加工色I(xiàn):YHCNMHG靈活性的快換鉆頭;根據(jù)鉆頭的切削性能要求,可變混合[91 任光治.麻花鉆s刃鉆尖的特點(diǎn)及其應(yīng)用I.工具技術(shù)，2001.硬質(zhì)合金鉆頭內(nèi)部的材質(zhì)成分，使之具有足夠的剛性和(35):25-27.