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浅谈标准麻花钻头的钻削特点和耐用度及刃磨方法钟筱良【摘要】针对传统切削刀具--标准高速钢麻花钻头的切削特点及工件材料的性能特点,分析了如何采取正确合理的操作使用方法和采用合理的刃磨方法,来提高钻头的耐用度和使用寿命.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】5页(P79-83)【关键词】麻花钻头;钻削特点;刃磨方法;耐用度;使用寿命【作者】钟筱良【作者单位】中国青年汽车集团·部件集团,浙江杭州,321016【正文语种】中文【中图分类】TG713.11 引言孔加工约占机械加工总量的1/8，而钻孔在孔加工中使用率又居首位，约占42%。
钻孔用的刀具（尤其是直径小于ϕ35mm以下的孔），标准高速钢麻花钻应用最为广泛，其优点是：存在有两条对称的主切削刃，故作用在切削刃上的径向切削力基本上相抵削；通用性较好，能进行钻、扩、锪等工序；有较长的导向部分作为切削的预备部分，切削部分可反复刃磨，因此使用寿命长；有两条对称的螺旋槽，可增大实际工作前角。
但由于钻孔属半封闭切削，加工条件苛刻，钻削时容易导制钻头磨损，当钻头磨损到一定程度后就不能继续使用，必须重新刃磨后才能恢复切削性能。
在钻孔中若能合理地减少磨损现象及采取相应措施并采用正确、合理的刃磨方法，可以有效地提高钻头耐用度和使用寿命，有助于提高生产效率和降低生产成本。
2 钻削特点（1）切削刃上各点的切屑流出方向不同：钻削时，主切削刃上各点的切削速度方向及切屑流出方向均不相同，这造成切削刃上各点切屑卷曲的差异，增加了切屑上各点间的互相牵制和切屑的附加变形。
（2）切削刃上各点前角不同：标准麻花钻切削刃上各点静态前角均不相同，而且相差悬殊，造成切削条件的差别。
工作时，因为各点切屑流出方向的不同，实际工作前角也发生不同的变化，如图1所示，实际工作前角roe不仅与半径有关，而且也与钻头转速有关。
图1 钻削钢时不同转速下的主刃前角R——钻头半径（3）横刃切削条件极差：因横刃前角为极大的负值，在切削中引起的轴向力占45%～55%，转矩占15%，切屑变形十分剧烈，形成大的轴向力使钻头工作很不稳定，且横刃过长，钻削时定心也不好。
钻削和钻头锪沉孔锪锥孔图1 锪孔钻削用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。
钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。
扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。
锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。
钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。
麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm，采用扁钻可达125mm。
对于孔径大于100mm的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。
钻削时，钻削速度v是钻头外径的圆周速度(米/分)；进给量f是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。
图2是麻花钻的钻削要素，由于麻花钻有两个刀齿，故每齿进给量a=f/2(mm/齿)。
切削深度a p有f两种：钻孔时按钻头直径d的一半计算；扩孔时按(d-d0)/2计算，其中d0为预制孔直径。
每图2 麻花钻的钻削要素个刀齿切下的切屑厚度a=a f sin K r，单位为mm。
式中K r为钻头顶角的一半。
使用高速钢麻花钻钻削钢铁0材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。
钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。
钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a20～1.25µm，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a10～0.63µm。
钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。
在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。
钻削和钻头钻削用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。
钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。
扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。
锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。
钻削方式主要有两种：①工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用；②工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。
麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm ，采用扁钻可达125mm 。
对于孔径大于100mm 的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。
钻削时，钻削速度v 是钻头外径的圆周速度(米/分)；进给量f 是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。
图2是麻花钻的钻削要素，由于麻花钻有两个刀齿，故每齿进给量a f =f /2(mm/齿)。
切削深度a p 有两种：钻孔时按钻头直径d 的一半计算；扩孔时按(d -d 0)/2计算，其中d 0为预制孔直径。
每个刀齿切下的切屑厚度a 0=a f sin K r ，单位为mm 。
式中K r 为钻头顶角的一半。
使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时，钻削速度常取16～40米/分，用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。
钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。
钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为R a 20～1.25µm，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为R a 10～0.63µm。
钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。
在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的 锪沉孔锪锥孔锪孔口平面 图1 锪孔图2 麻花钻的钻削要素形状和角度以减少切削阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。
一、钻头刃口修磨和强化对钻削加工的改善钻头在进行孔加工过程中会有不同程度的磨损，对钻头的材质和磨损情况进行分析，在改善钻削加工时，对钻头刃口进行修磨和强化，可有效改善钻头在加工过程中的磨损情况，提高钻头的性能和使用寿命。
vip汽车设计网孔加工在金属切削加工中占有重要地位，一般约占机械加工量的1/3。
其中钻孔约占22%～25%，其余孔加工约占11%～13%。
由于孔加工条件苛刻的缘故，孔加工刀具的技术发展要比车、铣类刀具迟缓一些。
近年来，随着中、小批量生产对生产效率、自动化程度以及加工中心性能要求的不断提升，刀具磨锋技术、多轴数控刀具刃磨设备的发展带动了孔加工刀具的发展，其中最典型的就是在机械生产中已应用多年、使用最为广泛的整体结构的钻头修磨技术逐渐成熟起来。
通过对钻头刃口的修磨和强化改善钻削加工条件，要从钻头的结构特点和实际使用情况中寻求解决方法。
vip汽车设计网钻头的特点vip汽车设计网1．钻头的材质分为高速钢和硬质合金，高速钢主要采用高速钢W系、Mo系材料；硬质合金采用钨钛类（YG）、钨钛钴类（YT）材料。
比较有代表性的如表1中所列W18Gr4V、YG6和YT14。
vip汽车设计网vip汽车设计网图1 钻头的基本结构2．麻花钻的基本形状和结构并没有太大的改变（见图1）。
vip汽车设计网3．麻花钻切削刃的几何角度之间具有一定的特点和关联性。
如图2所示，主偏角为Kr，刃倾角为λs，前角为λs，后角为αf，锋角为2φ（传统为118°）。
vip汽车设计网表1 高速钢和硬质合金材料的物理力学性能vip汽车设计网vip汽车设计网其中，钻头螺旋型结构具有如下特点：vip汽车设计网（1）主偏角Kr在锋角2φ确定后也随之确定。
vip汽车设计网（2）由于钻头切削刃的刀尖（钻头直径处）为切削刃的最低点，从结构可知钻头切削刃的刃倾角λs为负。
vip汽车设计网（3）在钻头螺旋槽形状结构影响下，刃部前角λs由钻头外径的韧带处向钻心方向逐渐变小。
钻孔加工五大关键问题钻头作为孔加工中常见的刀具，被广泛应用于机械制造中，特别是对于冷却装置、发电设备的管板和蒸汽发生器等零件孔的加工等，应用面尤为广泛和紧要。
一、钻削的特点钻头通常有两个主切削刃，加工时，钻头在回转的同时进行切削。
钻头的前角由中心轴线至外缘越来越大，越接近外圆部分钻头的切削速度越高，向中心切削速度递减，钻头的旋转中心切削速度为零。
钻头的横刃位于回转中心轴线相近，横刃的副前角较大，无容屑空间，切削速度低，因而会产生较大的轴向抗力。
假如将横刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型，中心轴线相近的切削刃为正前角，则可减小切削抗力，显著提高切削性能。
依据工件形状、材料、结构、功能等的不同，钻头可分为很多种类，例如高速钢钻头（麻花钻、群钻、扁钻）、整体硬质合金钻头、可转位浅孔钻、深孔钻、套料钻和可换头钻头等。
二、断屑与排屑钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行，切屑必需经钻头刃沟排出，因此切屑形状对钻头的切削性能影响很大。
常见的切屑形状有片状屑、管状屑、针状屑、锥形螺旋屑、带状屑、扇形屑、粉状屑等。
钻削加工的关键——切屑掌控当切屑形状不适当时，将产生以下问题：①细小切屑堵塞刃沟，影响钻孔精度，降低钻头寿命，甚至使钻头折断（如粉状屑、扇形屑等）。
②长切屑缠绕钻头，拦阻作业，引起钻头折损或阻拦切削液进入孔内（如螺旋屑、带状屑等）。
如何解决切屑形状不适当的问题：①可分别或联合接受增大进给量、断续进给、修磨横刃、装断屑器等方法改善断屑和排屑效果，除去因切屑引起的问题。
②可使用专业的断屑钻头打孔。
例如：在钻头的沟槽中加添设计的断屑刃将切屑打断成为更简单清除的碎屑。
碎屑顺畅地沿着沟槽排出，不会发生在沟槽内堵塞的现象。
因而新型断屑钻获得了比传统钻头流畅很多的切削效果。
同时短碎的铁屑使冷却液更简单流至钻尖，进一步改善了加工过程中的散热效果和切削性能。
而且由于新增的断屑刃穿了钻头的整个沟槽，经过多次修磨之后仍旧能够保持其形状和功能。
钻削不同材料时高速钢钻头的刃磨
使用高速钢钻头时，如果对切削刃部(顶角，横刃，前角，后角等)不作任何刃磨就使用，或者无目的、无要求的妄磨，这是不合理的使用。
要物尽其用，必须按被加工材料的不同性质，对钻头进行不同的刃磨，这样才能使钻头真正发挥应有的效能。
钻头刃磨前必须了解钻头的结构和被加工材料的特性以及两者之间的矛盾，了解在钻孔中所产生的问题，这样才能有针对性地进行刃磨，解决问题。
一、加工不同材料时所产生的问题和解决方法
1．铸铁一硬度低(一般为175-250HB)，强度低，脆性大，塑性变形小，导热率较低，组织较松，切屑成粉碎状，钻头的磨损几乎全在后面上，外圆转角处磨损最大，阻碍了刀具寿命和生产效率的提高。
对于以上问题可采取下列办法：
a.钻头采用双重顶角外缘转角处易磨损，那么就干脆先磨去而形成双顶角(见图1)，这样可将钻头寿命提高1～2倍。
b．适当加大后角。
外刃后角采用13°～16°以减少摩擦，提高钻头寿命。
c．钻削时要加大进给量，并适当降低切削速度，而不宜采用高转速小进给量。
d．如果采用冷却液，切不可断续使用，同时流量要适当，否则，量少和断续将造成孔的局部硬化，而且粉末状切屑研磨刃口也会加快钻头磨损。
2．高强度钢一如工具钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢等。
钻孔时，钻头切削刃磨损较快，寿命较短。
对于以上问题，可采用下列办法：
a．选用高性能高速钢或硬质合金制作的钻头。
b．对硬而脆的钢材，可减小钻头外刃部的前角，以提高刃口强度；对硬而塑性好的钢材，就不必减小。
c．顶角选用118°左右即可。
d．采用含磷的切削油作冷却液。
3．不锈钢—一般为马氏体、铁素体和奥氏体等三类不锈钢。
马氏体不锈钢能抗大气腐蚀，机械性能好，经调质处理可改善切削性能，如果硬度高于30HRC，则钻头磨损较快。
铁素体不锈钢的含铬量比马氏体不锈钢高，故热处理不能强化，其切削性能比马氏体不锈钢差。
奥氏体不锈钢的机械强度与中碳钢相近，而其塑性、韧性较高，在切削时负荷很大，切削过程中加工硬化现象严重，导热差，切削热集中在钻头的刃口处，在切削过程中易产生积屑瘤，以及它组织中含有少量的碳化钛，致使钻头很快磨损。
对以上问题，可采用下列办法：
a．适当选用较大的进给量和较低的切削速度，这样有利于切屑折断，可有效地提高钻头寿命。
b．顶角加大(2φ=135°～140°)，可提高钻头寿命。
c．刃磨钻头顶角时，两个钻刃必须对称。
d．机床和装夹夹头的刚性要好。
e．冷却液要充分。
4．钛合金一具有高强度、比重小、耐腐蚀、耐低温和耐高温强度的特性。
按其退火后的组织可分为α相钛合金，β相钛合金，α+β相钛合金。
α相钛合金(TA类)不能热处理强化，故室温性能不高，具有中等塑性，可切削性尚可。
β相钛合金通过淬火时效处理，可获得较高的室温性能。
α+β相钛合金(TC类)加工时切屑与前面的接触长度较短，切削力作用在刃口附近，由于导热系数甚小，切削刃口温度较高，加速了钻头磨损，而且由于加工硬化现象较严重，弹性系数较小，因此钻孔的收缩量较大，也影响钻头的寿命。
对于以上问题，可采用下列解决办法：
a．由于钛合金弹性变形较大，孔易于收缩，故将钻尖稍磨偏，以适当加大孔的扩张量
b．加大主切削刃的后角和减小刃带宽度以减小钻头与孔壁的摩擦。
c．在外缘转角处磨出小顶角的过渡修光刃，以改善散热条件(图2)。
d．主切削刃处，适当减小前角。
5．黄铜一钻孔零件通常是铸造黄铜，其特点是耐磨，抗腐蚀，但硬度和强度较低，切削负荷较小，而且塑性较差，切屑成碎片(但压力加工黄铜的塑性较好，切屑不易断)。
在钻削黄铜过程中经常会发生“扎刀”现象，也就是钻头自动切入现象，尤其在即将钻穿孔时更会自动窜下，很不安全，使孔出口处划坏和带毛刺或使钻头崩刃，重则钻头折断。
对于以上问题，可采取下列解决方法：
a．要减少“扎刀”问题应使切削刃不太锋利，故而减小切削刃外缘处的前角τ=6°～8°。
如果钻削压力加工黄铜工件，那么τ=10°(见图3)。
图3
b．修磨横刃使其变窄，但要对称，这样可钻出较理想的孔。
6．铝合金—主要是铸造铝合金，钻孔时易产生积屑瘤，钻孔粗糙度差，当钻深孔时排屑较难，轻则使孔壁碰伤，重则切屑堵在钻头槽内，造成钻头折断。
铝合金的弹性系数小，而线膨胀系数较大，因此在钻孔中会发生孔收缩。
铸造铝中含硅，硅的化合物很硬，会使钻头磨损加剧。
但铝合金强度低、硬度低，切削负荷就小。
除纯铝外，一般铝合金的塑性小，延伸率低，因此断屑较顺利。
对于以上问题，可采取下列解决办法：
a．为防止钻孔中的孔径收缩，可加大后角，钻尖可磨略偏一点。
b．钻深孔时，顶角可选用2φ=1 35°～160°。
二、使用中几点提示
1．必须制订合理的钻头磨钝标准，及时重磨，以恢复其切削能力。
例如：钻削一般结构钢，以钻头外缘转角处的磨损极限来决定重磨，其磨损量△=(0．7～1．0)fo毫米(fo为刃带宽度)。
2．要合理选用切削液，有效地减小钻削中的摩擦和改善散热条件。
钻孔一般作为粗加工，切削液的主要作用是提高钻头寿命，也就是冷却性能要好，通常采用乳化油水溶液，其热容量大，导热系数较高，具有良好的冷却性能。
如果钻孔粗糙度和精度有所要求，那么应采用以润滑为主的切削油，如加工铝合金工件时则采用机油与煤油的混合油为宜。
三、要想取得理想的切削效果和较高的生产效率必须做到：
1．按不同的被加工材料选用合适的钻削刀具。
2．加工设备系统刚性较好，主轴有足够的功率，工件夹持牢固可靠(图4)。
图4
3．刀具夹持后钻尖处径向圆跳动应在0.02mm以内，对于工件旋转的加工方式，工件旋转中心与刀具中心线的偏差应在0.02mm以内(图5)。
图5
4．刀具夹持悬伸部分应尽可能地短，以增强其安装刚性(图6)。
图6
5．采用外冷却方式时，冷却液必须充分(图7)。
图7。
