硬(ying)質合金鉆頭的(de)選取與技術應(ying)用

所(suo)謂(wei)硬(ying)質(zhi)合金是以碳(tan)化鎢粉末(mo)為基(ji)(ji)體(ti)，以鈷粉作粘結劑經加壓、燒結而(er)成(cheng)。通常含(han)碳(tan)化鎢94%，含(han)鈷6%。由于其硬(ying)度很高(gao)，非常耐(nai)磨(mo)，有一(yi)定(ding)強度，適于高(gao)速切削。但韌性(xing)差，非常脆，為了改善硬(ying)質(zhi)合金的性(xing)能，有的采(cai)用(yong)在(zai)碳(tan)化基(ji)(ji)體(ti)上化學(xue)汽相沉積一(yi)層5～7微米的特(te)硬(ying)碳(tan)化鈦(tai)（TIC）或(huo)氮化鈦(tai)（TIN），使其具(ju)有更(geng)高(gao)的硬(ying)度。有的用(yong)離子注(zhu)入技術(shu)，將(jiang)鈦(tai)、氮、和碳(tan)注(zhu)入其基(ji)(ji)體(ti)一(yi)定(ding)的深度，不但提高(gao)了硬(ying)度和強度而(er)且在(zai)鉆(zhan)(zhan)頭重磨(mo)時這些注(zhu)入成(cheng)份還(huan)能內遷。還(huan)有的用(yong)物理方法在(zai)鉆(zhan)(zhan)頭頂(ding)部生成(cheng)一(yi)層金剛石膜，極大的提高(gao)了鉆(zhan)(zhan)頭的硬(ying)度與耐(nai)磨(mo)性(xing)。

鉆頭材料的選取

根據材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)特性(xing)，要求(qiu)鉆(zhan)頭(tou)具(ju)(ju)有(you)(you)以下特點：鉆(zhan)頭(tou)的(de)(de)硬(ying)度(du)必須大(da)于(yu)(yu)被加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)硬(ying)度(du)；由于(yu)(yu)鉆(zhan)頭(tou)在加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)時承(cheng)受(shou)著很大(da)的(de)(de)扭轉力(li)(li)和(he)軸向力(li)(li)，因(yin)此(ci)必須具(ju)(ju)有(you)(you)足夠的(de)(de)強(qiang)度(du)和(he)韌(ren)性(xing)；由于(yu)(yu)被加(jia)工(gong)(gong)材(cai)料(liao)(liao)韌(ren)性(xing)好，要求(qiu)切削時刀刃要足夠鋒(feng)利(li)，因(yin)此(ci)刀具(ju)(ju)材(cai)料(liao)(liao)必須具(ju)(ju)有(you)(you)足夠的(de)(de)抗磨損能力(li)(li)，這樣(yang)才(cai)能減少加(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化(hua)；由于(yu)(yu)該工(gong)(gong)件(jian)化(hua)學特性(xing)要高，因(yin)此(ci)要求(qiu)刀具(ju)(ju)材(cai)料(liao)(liao)和(he)鈦合金親和(he)力(li)(li)要差，以免行程擴(kuo)散而(er)造成粘刀、斷鉆(zhan)現象(xiang)。

目前，適用于做刀(dao)具(ju)的材料種類(lei)極其繁多(duo)，包括(kuo)工具(ju)鋼(gang)、硬(ying)質合金、超硬(ying)材料等。

起初，嘗試(shi)采用普通高(gao)速(su)鋼(gang)鉆(zhan)頭(tou)進(jin)行涂層(ceng)進(jin)行試(shi)驗(yan)，普通高(gao)速(su)鋼(gang)鉆(zhan)頭(tou)價格低(di)廉，當采用涂層(ceng)技(ji)術后(hou)，可以(yi)明(ming)顯降低(di)刀具與工(gong)件的摩擦系數，提高(gao)刀具壽命。但是由于機床轉速(su)較高(gao)，所使用鉆(zhan)頭(tou)強度(du)不夠(gou)，加工(gong)過程中造成(cheng)鉆(zhan)頭(tou)折斷，效果并不理想(xiang)。

硬(ying)質合(he)金是(shi)最新發展起來(lai)的(de)一種刀具(ju)材料，適用于大多數材料的(de)粗精加工，包括鋼、鑄(zhu)鐵、特殊材料和塑(su)料。為此(ci)，決定采用整體(ti)硬(ying)質合(he)金鉆頭。

鉆頭修磨各參數的確定

1.麻花鉆的主要輔助平面

麻花鉆的幾個(ge)主要輔助平面為基面、切削平面、中剖(pou)面和(he)柱剖(pou)面。

如果不考慮(lv)輔助運動，麻花鉆頭(tou)主(zhu)切削刃上任意點(dian)的基(ji)面，由于麻花鉆的架構特點(dian)，鉆頭(tou)主(zhu)切削刃上各點(dian)的基(ji)面是變化的。

主(zhu)切(qie)(qie)削刃(ren)上任意點(dian)(dian)的(de)切(qie)(qie)削平(ping)面(mian)，是(shi)包(bao)含該(gai)點(dian)(dian)切(qie)(qie)削速(su)度方向而又切(qie)(qie)于該(gai)點(dian)(dian)加工(gong)表(biao)面(mian)的(de)平(ping)面(mian)。切(qie)(qie)削平(ping)面(mian)和基(ji)面(mian)垂直，且主(zhu)切(qie)(qie)削刃(ren)上各點(dian)(dian)的(de)切(qie)(qie)削平(ping)面(mian)均不相同。主(zhu)切(qie)(qie)削刃(ren)上任意點(dian)(dian)的(de)柱剖面(mian)是(shi)通過該(gai)點(dian)(dian)并以鉆頭中心(xin)線為中心(xin)線而做的(de)圓(yuan)柱面(mian)，主(zhu)切(qie)(qie)削刃(ren)上不同的(de)柱剖面(mian)是(shi)不同半徑的(de)圓(yuan)柱面(mian)。

2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數的選取

麻(ma)花鉆(zhan)(zhan)鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)的(de)主要幾(ji)何參數選擇(ze)包括鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)頂角(jiao)的(de)選擇(ze)、鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)切削刃(ren)(ren)前(qian)角(jiao)和后角(jiao)的(de)選擇(ze)、鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)螺旋角(jiao)對(dui)鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)壽命的(de)影響分(fen)析以(yi)及(ji)刃(ren)(ren)口(kou)的(de)相(xiang)關處理。

鉆(zhan)(zhan)頭頂(ding)角(jiao)決定切屑(xie)寬度和鉆(zhan)(zhan)頭前角(jiao)的(de)大小。當(dang)鉆(zhan)(zhan)頭直徑(jing)和進給量一定時，增大頂(ding)角(jiao)，則鐵屑(xie)變(bian)窄，單位(wei)切削(xue)刃(ren)上的(de)負荷減輕。頂(ding)角(jiao)對前角(jiao)有很大影(ying)響(xiang)，相應增加頂(ding)角(jiao)有利(li)于改(gai)善鉆(zhan)(zhan)心處的(de)切削(xue)條(tiao)件。頂(ding)角(jiao)影(ying)響(xiang)切屑(xie)流(liu)出的(de)方向。根(gen)據相關刀具(ju)設(she)計資(zi)料，結合所加工產品(pin)硬(ying)度不高，但(dan)粘性較大的(de)特(te)點，選取該鉆(zhan)(zhan)頭頂(ding)角(jiao)為140°。

麻花鉆的(de)(de)前(qian)角(jiao)是由鉆頭的(de)(de)其他幾(ji)何參數決(jue)定(ding)的(de)(de)。在機床進行(xing)高速切(qie)削(xue)時，前(qian)角(jiao)對切(qie)削(xue)變形及(ji)切(qie)削(xue)力的(de)(de)影響較小，同時采用較小的(de)(de)前(qian)角(jiao)時可以增(zeng)強刀尖強度。當前(qian)角(jiao)確定(ding)以后(hou)，后(hou)角(jiao)越大(da)，刃口(kou)越鋒利，但(dan)會相應減小楔角(jiao)影響刀具(ju)強度和散熱面積。為此(ci)，將鉆頭后(hou)角(jiao)選(xuan)取(qu)的(de)(de)小一(yi)些，取(qu)為8°。

3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析

由麻花鉆的(de)外形特點可知切(qie)削(xue)刃(ren)上各點螺(luo)旋(xuan)角是變化的(de)，螺(luo)旋(xuan)角直接影響主切(qie)削(xue)刃(ren)的(de)前角。螺(luo)旋(xuan)角越大(da)，則(ze)刃(ren)口越鋒利，切(qie)削(xue)越輕快(kuai)，否則(ze)會造成嚴重的(de)加工硬(ying)化現象(xiang)使得刀刃(ren)很快(kuai)磨損。根據相關刀具設計資(zi)料，取螺(luo)旋(xuan)角為30°可以滿足(zu)使用要求(qiu)，同(tong)時(shi)便于大(da)批量生產(chan)。

4.刃口的相關處理

刃口的(de)(de)(de)處理包(bao)括(kuo)橫刃修(xiu)正、倒(dao)棱(leng)和倒(dao)刃等(deng)措施。針對被加(jia)(jia)工(gong)材料、機(ji)床加(jia)(jia)工(gong)性(xing)能、加(jia)(jia)工(gong)參數以及夾具(ju)工(gong)況等(deng)，對鉆(zhan)頭的(de)(de)(de)刃口進行了合適的(de)(de)(de)鈍化，提高鉆(zhan)頭的(de)(de)(de)鉆(zhan)削性(xing)能，降(jiang)低了刀(dao)具(ju)磨損量。

涂層技術的應用

在切(qie)削參數不變的情況下(xia)，為了提高生產效率并降(jiang)低生產成本，對刀(dao)具(ju)采用涂層(ceng)技術(shu)，降(jiang)低刀(dao)具(ju)磨(mo)損(sun)，以提高刀(dao)具(ju)耐用度越(yue)來越(yue)成為一種趨勢。

刀(dao)具(ju)涂(tu)(tu)層(ceng)是指在強度和(he)韌性(xing)較好的(de)硬質(zhi)合(he)金(jin)或高速鋼(HSS)基(ji)體表面上，利(li)用氣相沉積(ji)方法涂(tu)(tu)覆一(yi)薄層(ceng)耐(nai)磨性(xing)好的(de)難熔金(jin)屬或非金(jin)屬化(hua)(hua)合(he)物。涂(tu)(tu)層(ceng)作為一(yi)個化(hua)(hua)學(xue)屏(ping)障和(he)熱屏(ping)障，減少了刀(dao)具(ju)與工件間(jian)的(de)擴散和(he)化(hua)(hua)學(xue)反應，從而減少了刀(dao)具(ju)磨損(sun)。涂(tu)(tu)層(ceng)刀(dao)具(ju)具(ju)有表面硬度高、耐(nai)磨性(xing)好、化(hua)(hua)學(xue)性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)、耐(nai)熱耐(nai)氧化(hua)(hua)、摩(mo)擦因數小和(he)熱導率(lv)低等特性(xing)。

經過涂層(ceng)之(zhi)后的鉆頭加(jia)工數量有了明(ming)顯(xian)提升，單(dan)件成本大(da)(da)大(da)(da)降低。

硬(ying)質(zhi)合(he)金的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度與(yu)強(qiang)度，不(bu)(bu)僅和碳化鎢與(yu)鈷的(de)(de)(de)(de)配比有(you)關(guan)，也(ye)與(yu)粉末的(de)(de)(de)(de)顆粒有(you)關(guan)。超微(wei)細顆粒的(de)(de)(de)(de)硬(ying)質(zhi)合(he)金鉆頭(tou)，其碳化鎢相(xiang)晶粒的(de)(de)(de)(de)平均尺寸(cun)在1微(wei)米以下。這種鉆頭(tou)，不(bu)(bu)僅硬(ying)度高(gao)而且抗(kang)壓和抗(kang)彎強(qiang)度都(dou)提高(gao)了(le)。為(wei)了(le)節省(sheng)成本現在許(xu)多鉆頭(tou)采用(yong)(yong)焊接柄結構，原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)鉆頭(tou)為(wei)整體都(dou)是(shi)硬(ying)質(zhi)合(he)金，現在后(hou)部的(de)(de)(de)(de)鉆柄采用(yong)(yong)了(le)不(bu)(bu)銹鋼，成本大大下降但是(shi)由于采用(yong)(yong)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)材(cai)質(zhi)其動態的(de)(de)(de)(de)同心度不(bu)(bu)及整體硬(ying)質(zhi)合(he)金鉆頭(tou)，特(te)別在小(xiao)直徑方面(mian)。