钻孔技术

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以下将介绍孔加工用的高速、高效加工用钻头，以及有利于环保的MQL加工方式。
首先介绍的是，可对钢材进行高效深孔加工的加长油孔钻，类似于曲轴斜孔加工这种对钢材进行深孔加工的工艺，可以说是孔加工中最困准的。近年来，随着高速加工的发展，刀具的硬度也大幅提高，但是在这样的深孔加工中，即使是高硬度钻头也容易发生崩刃、排屑堵塞等是使加工不稳定的因素。因此，厂商大多使用的是低进给速度的枪钻，或是使用高速钢加长钻头进行阶梯式加工。
针对这种情况，OSG新推出了对于高速深孔加工具有革命性意义的FTO-GDXL，它的特征和外观如图1所示：
9 m3 x( {- L* q
2 v. d5 ^) v; X" Y' p$ d图1 FTO-GDXL的外观
4 O6 E5 Z) N* O1 j, d" W
, E  {$ J2 P0 d$ l* b! d. V' p图2 FTO-GDXL的切削槽，横刃形状
尺寸：Ø6mm，切削材料：高炭钢S50C
$ W$ `7 Y! v3 m. `% B+ l) w切削速度：90m/min：进给速度：0.2～0.5mm/r
孔深：120mm盲孔(20×D)
加工机械：卧式M/C BT50
切削油：水溶性切削油
空气压力：7MPa
导孔尺寸：Ø6.1 前角140°，导孔深：6mm
图3 FTO-GDXL碳素钢加工条件
它的特征是可生成细小切屑，并且拥有能顺畅排屑的螺旋槽。螺旋槽的形状和横刃共同作用将切屑切碎。而且，螺旋槽有足够的空间将切屑顺畅排出。

$ I5 i' I3 j7 L, |/ n3 S& ~图4 FTO-GDXL和传统型加工方法的加工效率对比图
' r. W$ }8 e( Z3 c- L) e此外，关于刀具的材质，由于钻头的切入量很长，容易发生崩刃等情况，所以采用了粉末高速钢中特别耐崩损的高级材料作为刀具的材质。TiAlN的涂层表面与以往的涂层相比，提高了光滑性，以利于顺利排屑。
下面介绍一下FTO-GDXL的切削性能。首光是高碳钢的加工案例，同传统的加工方法比较，加工效率、加工负荷、寿命等如下所示。加工条件如图3所示。需要注意的是，使用此款钻头时，导孔是必要的。
由于刀具的悬臂很长，如果没有导孔的话．钻头的切入部分会产生震动，孔的入口直径会变大，当然寿命也会降低所。所以最适合的加工条件如图3，即先用短刃型硬制合金钻头进行导孔加工。
, {% i# K4 ]; k) I. |: `* i& L' z导孔的直径为钻头直径+0.02mm～0.1mm以下．前角应等于或大于钻头的尺寸这样钻头可以从中心部开始切入，不论是寿命、精度还是安定性都比较好。
跟传统的深孔加工中被广泛使用的枪钻或高速钢加长型钻头相比，FTO-GDXL的加工效率最高是枪钻的6.5倍，是高速钢加长钻的15倍。

图5 FTO-GDXL的切削抗力图
) z* |0 {/ Y- `8 h' Z+ S, q图5是用FTO-GDXL进行加工时的切削抗力图，如图所示，在高进给的情况下图形平稳，随着孔深的增加，切削抗力并没有增加。而且排屑顺畅，并无堵塞现象。
3 X/ g! Y. y* O1 q- J. M' ~5 R' J图6表示的是进给量依次增加时的寿命。
8 E5 l: b9 R8 }! P, D7 e, I
图6 各种条件下的寿命

7 F0 U  C" c2 v# h图7 FTO-GDXL加工时的孔径扩大量推移图
! b# R2 O4 x4 _" e" i& c孔数
光洁度Ry[µm]
孔入口
孔中间
+ n5 b3 ^) H' b: W" Q8 Z1 W孔底
第1孔
* L0 P, L- E8 T9 I* x5.00
! T. }# d4 l( t( R; ~  }3.50
. h& r/ S0 Y7 D7 _# l3.84
. ^, w# k$ A6 S; ?7 u4 \' a/ |7 d第2孔
5.16
5.78
6 |! n* h' F& m& n7 d4.70
第3孔
5.36
6.00
4 Y; P" G* C; C4 F" O" P5.80
3 o: d  f( J) ^# V' U5 a0 J: S0 G第8孔
/ Q4 S- o2 T2 R4.24
5 P. J3 b! z+ H4.94
3.98
第9孔
5.94
7.04
; U) |, c( ]5 [* O1 y2 [" C) R) f5.18
9 `; A1 R& |2 L6 Y: z: M1 c第10孔
* k% A. V$ ~- l# H5 X5.14
' M9 W" E. w: I; L3.72
8 U# W4 A0 M2 d4 }3 T5.40
5 e6 [, O. C" L6 E$ [
图片是加工第10个孔时的断面图
(V=90m/min、f=0.2mm/r)
图8 FTO-GDXL加工的孔壁光洁度
: ^) F3 U( e1 ]3 A) p" J即使是20倍直径的深孔加工，不论在何种加工条件下，加工孔数都在800孔以上(切削长度97m以上)，这是史无前例的高效率、长寿命加工案例。刀具寿命判断标准VBM为0.3。
加工过程中的孔径推移如图7所示，孔壁光洁度如图8所示。
关于孔的扩大量，孔口0.01mm以下、中间0.003mm～ 0.007mm、孔底0mm～0.004mm，这样的扩大量是非常小的。孔壁光洁度也很好，只有Ry3.50µm～Ry7.40µm，我们可以看到，用FTO-GDXL进行的是排屑顺畅、没有震动的切削加工。
像这样用加长钻头进行孔加工时，孔的垂直度是一个问题。对于这个问题，如图9所示，用FTO-GDXL加工的孔从孔口到孔底的垂直度极高。
下面介绍更深的孔加工案例，加工材质SCM415H非常易粘结，容易排屑堵塞，但FTO-GDXL加工时30倍直径一气呵成。加工条件如图10所示。
象以上的加工条件．传统型枪钻加工一个孔的加工时间为1分30秒以上．如果用FTO-GDXL的话只需要19 秒。主轴负担也很稳定，如图11所示，像这样易黏结的材料，切屑也很细小。
& ?  n& i2 U5 C/ u, z
; T6 E2 e- T8 E& s图9 加工过的孔的垂直度
% H* g1 s6 _) A/ Y0 V尺寸：Ø5mm，切削材料：SCM415H
切削速度：60m/min，进给速度：0.3mm/r
孔深：150mm盲孔、实际加工孔深140 mm(28×D)
8 P6 [# T: {# }阶段式加工：无
6 F8 [# t9 A; x# }/ U$ O机械：卧式M/C BT40
3 s2 g, K# D# i: u& ~9 D5 A切削油：水溶性
! p3 @! w+ ~) K2 b空气压力：3MPa
导孔尺寸：Ø5.1硬质合金钻头、深度10mm
  D# D, @8 K/ W' F/ [☆低转速插入导孔，插入后待转速达到指定转速再开始加工。加工后再降为低转速。
3 T- t6 q( N- x* B* T2 X图10 SCM415H、30倍直径的加工条件
" x  ~" p! G: B. I. D现在开始介绍MQL的加工案例。近年来、由于环保问题的备受关注，切削加工现场为了极力减少废弃物，越来越青睐半干式加工。其中汽车制造业对MQL加工也很关注，FTO-GDXL也能很好的进行MQL加工。下面介绍它的加工案例。
* U) z/ W  O- O) V汽车制造业中，曲轴、缸体、缸盖等发动机主要的部件加工都开始采用MQL加工。这其中、曲轴上的油孔大多为10～20倍直径的深孔加工。如果用传统的加工方法进行加工，加工时间、刀具寿命、稳定性都是加工难点。
5 m; G& y0 a' ^: o由于以上介绍的部件加工非常困难，所以主要使用的是之前介绍的枪钻和高速钢加长钻头。像这样的材质硬度高、难加工部件，可以用FTO -GDXL来进行半干式加工了。
- }; y& \+ [2 r- A! ]下面是用FTO-GDXL，对S50C进行MQL加工的加工案例。首先加工条件如图12所示。

图13 S50C MQL加工的切削耐久性
切削寿命如图13所示，并且钻头可以进行再研磨、再使用。所以再研磨性能也是决定产品价格的重要指标之一。图13是新品、再研磨、再涂层的寿命的比较图。
如上图所示，即使是MQL加工、切削长度100m、还可继续进行加工，它的寿命是非常好的。并且，经过再研磨、再涂层后，还可获得跟新品同样的切削长度。
. S* R" V/ L7 Z3 ^如以上所介绍的，FTO-GDXL是可以进行高难度加工的高速深孔加工用钻头。最近、加工材质除了以上介绍的S50C、SCM415H以外，还有FC250、SCM440、SCM420H、SCr420H、SNCM439等材质，甚至是对于加工难度很大的SUS420J2、15-5PH 、SKD11(未处理过)也可以进行10～30倍直径的无停顿一次成孔加工。实际的加工条件如图14所示。
) f/ ]* {( Z% n4 Z" |  J/ O5 Q切削材料
尺寸
切削速度
1 U& `" f# \6 f5 E) L/ |, B切削量
孔深
切削油
FC25O
$ `) _8 t5 U4 SØ6
: R2 z% w+ }! `7 u( [) w' a/ v- `( y120
0.5
130
; P" Z' z/ M. v2 k1 f) A/ h' ^MQL
SCM440
% d6 F0 }7 t3 g; a; mØ6
80
! i' u" T' }% h$ F0.14
120
MQL
5 V2 V1 v6 w7 E6 f7 W# {; `FCD700
2 O; M8 ~8 r/ J# P5 v4 H% R3 A! DØ5.6
0 e8 R& I6 C$ k60
) E+ s3 r. `1 O2 |& j0 .3
% \$ M( y1 {+ B- V3 h( U: `70
9 N% A% i+ A) K: Y$ Z- I. E2 d) aMQL
SCM420H
& \$ k: ^+ `. zØ5
80
; f5 [# `( y, A0.4
5 J. p) e9 ?: y100
0 j$ F$ Y, M! D$ D) b水溶性
SCM415
9 H/ ]  ^% R7 e+ ZØ5
80
- R- z" l1 g1 _3 @0.25
1 U: }/ n0 y0 k  R$ f) @150
水溶性
SNCM439
Ø5.05
1 c1 s8 X/ _) v90
, U: B5 K3 z) ]0 Y8 E4 t0.2
* l* u2 j. @; a& y& U75
水溶性
SUS420J2
Ø6
4 K- m# }7 I* |& M; _% g* U80
1 P6 q1 @- J3 H3 Y) M' u3 b0 ?* t0.2
( P6 z9 L* R- v120
& {$ w$ \( b4 Y, G水溶性
. @* [2 u. G$ i5 p- `, ?15-5PH
% s$ j: I# V1 T8 ]! {% h( `Ø4
7 R9 ]7 G1 ^4 g1 s$ f60
6 I: ]# ^9 {% ]" t2 Z2 z0.12
80
4 J% Y/ S, S$ P% v8 p+ @水溶性
9 t3 i3 a; W" x5 QSKD11生
Ø4
$ F% q1 M3 E, h0 h( B3 z6 b( l150
% _. A3 v, C( V* ?1 ~/ |0.12
80
水溶性
SUS430
Ø5
80
5 k, w' x& I' Y8 N1 H! d0.15
& l. L9 q1 e) {) V$ d150
; n; m% W8 Y& ~( P+ T, y油性
, R% l8 I' _& N+ [% w* L% ]图14 各种加工材质的加工条件
2 C! P  t$ O: \今后我们将致力于开发加工孔深更深、直径更小、速度更快，性能更好的新型钻头，并提供整体式的深孔解决方案。如果您在深孔加工中有任何疑问，OSG永远欢迎您的来电。
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