钻削加工和刀(dāo)具技术的发展状况

钻削加工和刀(dāo)具技术的发展状况
精锐机床技术部

    在金属加工行业，钻削加工是机械加工車(chē)间耗时最多(duō)的工序。事实上，在所有(yǒu)的加工工时中，有(yǒu)36％消耗在孔加工操作上。与此对应的是，車(chē)削加工耗时25％，铣削加工耗时為(wèi)26％。因此，采用(yòng)高性能(néng)整體(tǐ)硬质合金钻头取代高速钢和普通硬质合金钻头，能(néng)够大幅度减少钻削加工所需的工时，从而降低孔加工成本。
    过去几年来，切削加工参数(尤其是切削速度)在不断提高，特别是高性能(néng)整體(tǐ)硬质合金钻头的切削速度提高明显。20年前，整體(tǐ)硬质合金钻头的典型切削速度為(wèi)60～80m/min。如今，在机床能(néng)够提供足够的功率、稳定性和冷却液输送能(néng)力的条件下，采用(yòng)200m/min的切削速度钻削钢件已不足為(wèi)奇。尽管如此，与車(chē)削或铣削加工的一般切削速度相比，钻削加工在加工效率上还有(yǒu)很(hěn)大的提高潜力。
    整體(tǐ)硬质合金钻头对于基體(tǐ)的韧性要求很(hěn)高，而钻头的磨损在可(kě)控和均匀稳定的情况下是可(kě)以接受的。因此，典型的钻削刀(dāo)具牌号比車(chē)削或铣削刀(dāo)具含有(yǒu)更多(duō)的钴元素。
钻头材质通常采用(yòng)微细晶粒硬质合金，以提高切削刃强度，确保均匀磨损而不发生崩刃。用(yòng)硬质合金钻头加工时通常要使用(yòng)水基切削液，因此切削刃处的温度并不太高，但要求钻头具有(yǒu)抗热冲击性。性能(néng)最佳的钻头牌号是典型的纯碳化钨材料，而无需大量添加碳化钽或碳化钛。
    对于整體(tǐ)硬质合金钻头而言，涂层必须发挥比仅仅提高表面硬度和耐磨性更大的作用(yòng)。涂层必须在刀(dāo)具与工件材料之间提供隔热层并保持化學(xué)惰性；必须将工件材料与涂层之间的粘结作用(yòng)降至最低以减小(xiǎo)摩擦；涂层表面必须尽可(kě)能(néng)光滑；此外，麻花(huā)钻的涂层还必须具有(yǒu)抗裂纹扩散能(néng)力。钻削加工的动力學(xué)特性可(kě)能(néng)会引起微裂纹，為(wèi)了保持刀(dāo)具寿命，就必须阻止裂纹扩散。通过选择正确的涂层工艺和生成适当的涂层显微结构，可(kě)使涂层材料处于压应力状态下，从而大幅度延長(cháng)刀(dāo)具寿命。
    采用(yòng)多(duō)层涂层可(kě)以获得良好的使用(yòng)效果。多(duō)层涂层能(néng)阻止微裂纹在各层涂层之间扩散，即使有(yǒu)个别涂层出现损坏和剥落，其它的涂层仍可(kě)对硬质合金基體(tǐ)起到保护作用(yòng)。对于钻削刀(dāo)具，采用(yòng)纳米涂层和精确定制涂层也具有(yǒu)很(hěn)大的发展潜力。
    例如，一种顶层采用(yòng)TiN的新(xīn)型TiAlN纳米涂层可(kě)使在钻削加工不锈钢时遇到的许多(duō)问题迎刃而解。平滑的TiN顶层涂层可(kě)减小(xiǎo)刀(dāo)具与工件材料的粘结与摩擦，而下层的TiAlN纳米涂层可(kě)為(wèi)刀(dāo)具提供硬度和耐磨性。这种涂层具有(yǒu)极佳的防裂纹扩散性和防热震性，在钻削不锈钢时切削速度可(kě)达70～80m/min，几乎是常规钻头的2倍。