用普通钻床在高硬度钨合金材料钻0.4～1.5深孔、平底孔方法的研究

张新停　李朝辉　刘铁锋

摘 要 通过分析用普通钻床在高硬度钨合金上钻 0.4～ 1.5深孔、平底孔中出现的问题，对钻头断裂及冷却问题进行改进，保证工件的精度。

关键词 高硬度钨合金 钻头断裂及冷却问题 小孔和微孔

中图分类号：TG506.5文献标识码：A

0引言

公司某产品需要在高硬度、高强度钨合金材料上加工 0.4mm、 0.8mm、 1.0mm、 1.2mm、 1.5mm深度5～10 mm的平底孔。考虑到加工成本和现有设备状况等问题，最终考虑人工使用普通钻床来加工小孔和微孔。

1问题分析

根据标准查询：孔径在 1～ 3属于小孔加工;孔径在 1以下属于微孔加工。微孔加工比小孔要难加工，更何况是平底孔，加工难度更加增大，因此在加工中存在以下几点问题。

（1）现有的设备精度达不到;

（2）排屑困难，孔小且钻头细，稍有不慎钻头容易折断;

（3）孔小，切削液很难注入到孔里，冷却不及时导致钻头断裂;

（4）加工产品材料为高硬度钨合金，刀具磨损较为严重，耐用度低，且刀具直径小，刃磨困难，同时刃磨的顶角偏差造成切削力和扭矩的不平衡，使钻头钻孔走偏，也可能导致钻头折断，尤其是平底孔时，钻头刃部切削时，受力不均匀很容易出现钻头折断;

（5）小孔操作时需要高度精力集中，极易疲劳，操作者精力不集中也会造成钻头折断。

2解决方案

（1）现有的设备精度达不到;小孔和微孔加工要求机床刚性要好，加工中切削条件微弱的变化极易使钻头折断，因此要求主轴回转精度要高，运动要平稳。为此我们对现有设备的主轴回转精度进行测量，最好的能达到0.02mm，当转速达到4100r/min时，钻头就容易断裂。为此，我们对钻床Z512B-1进行维修、保养，使得主轴回转精度控制在0.005以内，同时更换高精度钻夹。

（2）排屑困难，孔小且钻头细，稍有不慎钻头容易折断;小孔加工钻头小，排屑条件十分恶劣，切屑不易排出，容易造成堵塞，也会使钻头折断。为此我们不断摸索，通过以下几种方式来降低钻头断裂。

①通过调整机床转速和钻头进给量加工，同时對小孔和微孔加工总结出一定的规律。

②钻头的选用;高速钢钻头耐磨性差，已不适应高速钻孔的需求。我们通常选用含钴不锈钢麻花钻，相对于普通高速钢的麻花钻，拥有更高的硬度和更高的精度。产品材料为高硬度钨合金，为此，我们选用山特维克可乐满生产的超高速涂层钻头，其材料为GC4234，特点是：硬度高、耐磨损、排屑方便。

③平底孔刀具选用;对钻头进行修磨后加工平底盲孔，钻头根部切削受力不均匀，也容易出现钻头断裂现象。为此我们大胆选用合金铣刀对平底盲孔根部进行加工，从而保证了产品的深度和尺寸要求。

（3）孔小，切削液很难注入到孔里，冷却不及时导致钻头断裂;小孔和微孔都比较特殊，因此冷却液很难注入到孔内，起到冷却的效果。同时由于转速较高，冷却不及时也会钻头过烧而降低耐用度。为此，我们通过选择合适的冷却液和冷却时冷却液工作压力、流量来防止钻头断裂。

①冷却液的选用;

通过性价比对比后，我们最后选用了第二种（蓖麻油）进行润滑，润滑效果达到了预期的目标。

②冷却工作压力、流量的选用;

通过上述图表，加之我们不断试验，最终确定在10MPa工作压力和流量10L/min时效果最佳。

（4）产品材料为高硬度钨合金，刀具磨损较为严重，耐用度低，且刀具直径小，刃磨困难，同时刃磨的顶角偏差会造成切削力和扭矩的不平衡，严重情况下导致钻头折断。为此，我们经过多次试验后确定在4100r/min的转速下钻头的各几何参数为：顶角120啊？25埃蠼？啊？0啊M北匦胧褂？0倍以上的显微镜，用粒度270#～350#金刚石砂轮刃磨钻头。

（5）小孔操作时需要高度精力集中，极易疲劳。操作者精力不集中也会造成钻头折断。小孔的进给量只靠操作者的手感来控制是很困难的，因为进给量和轴向力难以均衡，稍有不慎就会因轴向力巨增而使钻头折断。钻小孔时，采用手动进给，操作者必须具备良好的心理素质。因为小孔加工一般是产品机械加工的最后工序，若操作者因心急、反应迟钝、手感丧失等都会造成产品报废;所以在进给过程中，需要时刻观察切削变化情况，并通过手感随时调整。由于小钻头细长，刚性较差，所以在开始钻削前采用中心钻点窝或者样冲点窝，中心钻孔径略小于钻头直径。注意在开始时钻头伸出钻夹头的长度要较短，等钻进一段距离后再逐步伸出，这样继续进给，小钻头在钻削时就不会产生很大弯曲而影响产品质量。钻削过程中，钻头应从孔中反复多次退出（一般进给2s就要及时退钻），目的是便于排屑。每次退钻后一定要把钻头上的切屑清除干净后再钻入，因为积屑过多会使小钻头的切削扭矩突然增大而折断。在退钻时必须添加冷却液以防钻头过烧而降低耐用度。

3结束语

采用普通台式钻床加工，通过手工刃磨钻头，更换冷却液等措施，能够快速的解决小孔、微孔加工难的问题，保证了小孔和微孔的加工深度和精度，降低加工成本的同时保证了产品的生产进度。

参考文献

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