铝合金专用钻头设计新思路

2010-09-11山高刀具有限公司

制造技术与机床 2010年7期

铝合金专用钻头设计新思路

（山高刀具（上海）有限公司）

New Design Ideas of Aluminium Alloy Special Drill

（SECO（Shanghai）Co.，Ltd.）

与动辄占地几十平米甚至几百平米的机床相比，刀具在制造业的加工中显得格外不起眼，但正是这些“小身材”刀具，往往发挥着最惊人的“大作用”。真正的生产力提高和成本降低需要强有力的整合，而首要条件是需要有合适的刀具，能适应各种加工环境（机床和材料）。

山高刀具始终致力于研发高效率的切削刀具，提供低成本的加工解决方案。近日，山高正式推出了适用于铝合金加工应用的Feedmax N槽型钻头，进一步扩大了钻头的应用范围，助力航空航天制造业的快速发展。

自2009年第四季度起，山高成为法国空中客车批准的一级供应商。Feedmax N槽型钻头在空客得到广泛应用，这意味着山高铝合金钻削加工方面的技术得到空客的认可和好评。

Feedmax钻头采用独特的N槽型设计和DLC类金刚石镀层技术，它在钻削低硅铝合金时，显示出了卓越的性能，特别适用于航空航天行业铝合金加工。它在铝合金加工领域使用量的大幅增加，将在进一步改善这些材料的加工上作出重大贡献。N槽型钻头在大幅提升加工效率的同时，还能在整个寿命周期保持良好的精度。

N槽型略不同于我们现有的适用于航空航天加工应用的M槽型和T槽型。N槽型可以实现保持热量降低到最低限度，以达到良好的刀具寿命和孔的质量，体现在以下几个特性：

（1）切削刃修磨加工这些粘性材料，需要非常锋利的切削刃。这就是我们为什么沿整个切削刃采用仅0.01～0.02 mm刃口修磨的原因。

（2）圆锥主后角出于同样的原因，主后角的设计从标准的10°增大为12°，以减少与工件材料的接触。

（3）刃带窄这种独特的N槽型设计，其刃带比普通钻头窄40%，从而减少了切削过程中孔与钻头间所产生的摩擦热，以防止热量过高所产生的积屑瘤粘连在钻头刃带上，能使孔的质量和精度得到充分保证。

（4）倒锥（轴向后角）倒锥（轴向后角）为0.5 mm/100 mm，是标准孔尺寸的2倍，这也能减少钻头与孔表面之间的直接接触。

（5）DLC镀层这不是常规意义上的金刚石镀层。它是一种低摩擦镀层，其目的在于提高排屑能力，这是取得成功的关键。主要优点是具有“不粘连”的特性，这对于攻克许多铝合金材料加工来说是很重要的问题，既提高了排屑能力，也改善了铝合金材料钻孔加工中以往难以解决的工艺问题。

（6）优化排屑槽提供良好的排屑是非常重要的，为了实现这个需求，排屑槽应设计得更宽更深，能毫不受阻地排出更大量的切屑。

在钻孔加工中，如果需要的话，要大大地提高切削速度是完全有可能的。但是一个更加适中的速度对刀具寿命来说才是最好的，而且能够减少积聚在刃带四周的热量，降低材料粘在钻头上的风险。通过优化每转进给量，来获得更好的切屑形状，这样排屑的效果更佳。但是，当某个应用具有非常高的冷却压力时，可以采用更高的每转进给量。

为了加工大于名义直径的孔，所有山高生产的Feedmax钻头具有m7的直径公差。这样做能确保生成的孔大于名义孔径。加工这些非常软的材料产生较小的切削力，孔径通常能达到H8级公差。但是由于一些因素会对孔径产生影响，如：冷却压力和冷却液浓度、应用稳定性、切削参数、工件材质等，最终获得的孔径公差将达到IT8级至IT9级。

N槽型的开发，略不同于常见的流程。山高的某位客户在铝合金干式钻削时产生了一系列的问题，包括排屑粘连、切屑堵塞等。而N槽型的设计能为客户提供良好的解决方案。

为了找到针对这种类型材质的最好解决方案，山高尝试了很多不同的槽型、不同的切削刃设计和大量的镀层。结果表明，新的N槽型钻头最适用于机翼部件的加工应用，主要解决了铝合金干式钻削时存在的问题：材料自然粘连到钻头（刃带）上，增大了表面粗糙度并且在刃口上产生积屑瘤。

然而，由于采用了N槽型设计和DLC镀层，山高试图为客户解决仅靠空气冷却和排屑的难题，最终得到一个了不起的结果：加工了3 600个孔，直径偏差为 0.01 mm，表面粗糙度均在 Ra1.0 m以内，并且仍然有继续钻削的可能性，因为切削刃仍处于完美的状态（图1）。