小直径钻头的设计和使用www.tool-tool.com

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在 机械制造中，小孔的钻削加工比较普遍，特别是钟表零件、柴油机零件、电子零件等产品的小孔加工更为突出。由于小直径钻头的直径小、强度低、刚性 差，容易折断，再加上操作者使用不尽合理，导致小孔的加工精度难以保证，因此小孔的钻削加工难度大。本文结合实际生产经验简略介绍小直径钻头在设计和使用 过程中应注意的一些问题，以保证小孔加工的尺寸精度和小直径钻头的合理使用。 1 小直径钻头的结构设计 通常所说的小直径钻头一般是指f1～3mm的钻头，小直径钻头的结构形状与标准大直径钻头一样，均由钻芯直径d0、螺旋角b、锋角2f等组成，但柄部形式和各结构参数有所不同。 由于小直径钻头直径比较小，强度低、刚性差，因此在设计时应充分考虑这些因素，以便采取适当的措施。 材料的选择 小直径钻头的材料一般都选用W6Mo5Cr4V2高速钢。这主要是因为W6Mo5Cr4V2高速钢的碳化物细小，分布均匀，抗弯曲强度比W18Cr4V高出10%～15%，韧性高出50%～60%，机械性能好。 尽量增大钻芯的直径d0 小直径钻头的强度、刚性在很大程度上取决于钻芯的直径、螺旋沟槽与钻背宽度的比值。通常标准钻头的钻芯直径d0应是钻头直径d的0.125～0.15倍。容屑槽宽度q与钻背宽度p的比值一般是(1～1.3)：1，但是对于小直径钻头来说，应按以下数据来选定 d0=0.3d q:p=0.5:1 若容屑槽宽度为0.5mm，钻背宽度就应该是1mm。按上述原则选取d0、q、 p时，可以使小直径钻头断面积增 加30%左右，弯曲强度、扭转刚度相应地将提高2倍左右。此时钻芯不做成正锥度，以免减少容屑槽截面积，妨碍排屑。增大钻芯直径后，会相应减少切削刃宽 度，增加横刃长度，造成钻孔的轴向力也相应地增大，为了减小轴向力，可适当地磨小横刃，以提高钻孔的效率。 采用较小的螺旋角b 大 直径标准钻头的螺旋角一般在25°～32°内变化。通常增大螺旋角，能获得较大的前角，使切削轻快，容易排屑，切削变形所需要的能量就小，相应 地降低了切削温度。但是对于小直径钻头来说，增大螺旋角会减小端截面的面积，影响钻头强度，容易引起钻头振动和崩刃现象，另一方面，当螺旋角较小时，有利 于切屑的排除，因而小直径钻头的螺旋角b一般取10°～15°比较合适。 锋角2f的确定 锋角2f又称为顶角，它与切削厚度有如下关系 ac=(f/2)sin(2f/2)=(f/2)sinf 式中 ac——切削厚度(mm) f——每转进给量(mm/r) 由上式可知，当锋角2f增大时，切削厚度和单位长度上切削刃的负载也随之增大。此外，小锋角的钻头在钻削时，定心准确，跳动偏摆小，可以提高孔的加工精度，一般选取2f=90°～105°。 2 小直径钻头在使用过程中存在的问题 小直径钻头在使用过程中还存在着许多问题，只有弄清小直径钻头在钻小孔时容易出现的问题，才能有的放矢地采取必要措施，以保证钻孔的顺利进行。 钻头直径小、强度不够，小直径钻头的螺旋角又比较小，不易排屑，所以小直径钻头在使用过程中容易折断。 钻小孔的切削速度高，钻头产生的切削温度高又不易散热，特别是钻头和工件的接触部位温度更高，加剧了钻头的磨损。 钻孔过程中，一般多用手动进给，进给力不容易掌握均匀，往往稍不注意就会使钻头损坏。 由于小直径钻头的刚性较差，容易损坏弯曲，致使钻孔产生倾斜。 3 小直径钻头的使用方法和注意事项 小直径钻头在使用过程中，由于存在上述问题，同时受工件材质、质量要求、钻孔部位等不同情况的限制，所采取的技术措施相应地也要改变。 由 于小直径钻头的强度低、刚性差，容易折断，所以开始钻进时，进给力要轻，防止钻头弯曲和滑移，以保证钻孔始切的正确位置。进给时注意手劲和感 觉，当钻头弹跳时，让它有一个缓冲范围，以防止钻头折断，有时只要很小的进给力。进给力太小时，手动进刀不易感觉出来，这时可在进刀机构上装一个小重陀， 靠其重量达到进给目的。 在钻削过程中，需注意频繁退钻，及时提起钻头。因为小直径钻头工作时，排屑槽狭窄，排屑不流畅，所以应及时地进行退钻排屑，退钻的次数与孔的深度成正比，同时还可借此机会输入冷却液，或在空气中冷却。 选 用精度较高的钻床，小直径钻头所用的钻床要求主轴的灵敏度和旋转精度高，振动小、刚性好，主轴跳动应小于0.005mm，钻头用专用 的小卡簧装夹，而不采用钻夹头或三爪卡盘直接装夹钻头。采用卡簧装夹可以使定位准确可靠，受力均匀并能抵消一部分偏摆误差，提高钻头的旋转精度，但绝不可 用砂布、纸片加粗钻头柄进行装夹。 由于小直径钻头的有效长度比较短，在钻通孔时，当钻孔深度超过钻头的有效长度，如果工件允许，可以采用两边钻孔的方法。 小 直径钻头在钻削小孔时要求钻床的转速要高，由于一般钻床的精度低，当转速太快时，容易产生振动，对钻孔不利。但是通常小直径钻头速度 又不能太低，为了使钻削小孔时钻头平稳，减少振动，应选用高速(特别是硬质合金小直径钻头所要求速度更高)，一般都在v=7～10m/min。 小 直径钻头在钻削时，由于排屑不畅，钻头和温度升高较快，为了降低切削温度，减小切屑、工件和刀具接触面之间摩擦系数，达到提高小 直径钻头寿命的目的，必须进行充分的冷却，一般用透明防锈水作为冷却液最好。另外也可以在钻头的沟槽涂上一层二硫化钼，或用粘度低的机械油或植物油进行润 滑，可得到较好的使用效果。 为了获得满意的钻削效果，小直径钻头应进行良好的刃磨，修磨锋角2f时， 需要保证左右两切削刃对称，且两切削刃上的后角要相等。由于小直径钻头增加了钻芯直径，从而导致了轴向力增大，为了克服这些缺点，应认真地修磨横刃，修磨 后横刃为直径的10%为宜。在实际钻孔过程中，根据不同的加工材料，可以把横刃修磨得更小。但是一定要注意钻芯中心左右对称，如果两条主切削刃和横刃不对 称，在钻削时，载荷就会加在一个切削刃上，从而使小直径钻头产生径向摆动，导致小直径钻头在钻削加工中损坏。

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