钻头容屑槽的研究

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1、硬质合金麻花钻容屑槽的研究摘要麻花钻容屑槽是钻削过程中，切屑排除的通道。其横截面形状设计不仅直接影响钻的排屑能力，还影响钻削过程中钻削力大小、钻头刚度、钻头寿命等。本文较为系统、深入和全面地研究了国内外关于麻花钻容屑槽设计发展的历史、现状和趋势。从分析国外10种麻花钻入手，通过大量的实验，分析了容屑槽形状对钻削力和切屑的影响，从中找出容屑槽影响钻削过程的基本规律。针对国内外麻花钻容屑槽技术现状，对容屑槽参数化模型及设计进行了研究，提出了容屑槽a值不仅影响麻花钻轴向力大小还影响切屑卷曲程度的观点，根据a值大小进行容屑槽设计的原理和方法，以ST.、SU,S

2、H麻花钻为例,提出了钻头工程设计的方法。设计开发了用于M类，S类,低碳钢（硬度HBC180）加工的ST系列5个品种，用于P类，N类，K类加工的su系列10个品种，用于硬材料Hrc可达48,高强度钢（抗拉强度db=1500N/mm的加工）的SH系列5个品种共计20个规格的麻花钻，进行了试验验证。并已形成产品，销往国内外市场，取得了良好的技术和经济效益。1、绪论1.1、钻头容屑槽槽形研究的意义在当今的汽车制造行业中，孔加工占的比重可达60%以上，许多零部件都采用各种新型材料来制造;化工产品为了防锈、防腐蚀用不锈钢制造;在航空工业中为了适应高温、高压、高速的

3、工作条件，大量采用耐热合金钢、高温合金和钛合金等材料。这些材料在钻削加工中表现出导热性差，高温强度高、硬度高、活性大、断屑排屑困难以及加工硬化趋势强等问题，切削温度和切削力比普通钢高几倍，粘刀和崩刃现象普遍，造成刀具耐用度低，工件加工质量差。解决这些难加工材料钻削加工问题的途径，除采用新的刀具材料、特种加工方法和采用新钻型外，优化刀具容屑槽的槽形是一种行之有效的方法•例如，在当今制造业中常用的钻头槽形有很多种，其中比较典型的有以下几种(b)©(<0©（圆"刃背型）（菱形等前角型）（增大钻心型）凌形自线刃型）（传统截里）1-1不同的刀具螺旋梢截面豌在对传

4、统型、菱形直线刃型、菱形等前角型、TiN涂层菱形直线刃型、TiN菱形等前角型进行磨损试验后得出，在未涂层的三种钻头中，菱形等前角型钻头钻孔数最多，传统型钻头最少，菱形直线刃型在二者之间，以VB=0.6mm作为磨钝标淮，钻孔数分别为33、24、与30,即菱形等前角型比传统型提高了37.5%,而菱形直线刃型则比传统型提高了25%。因此，改变钻头的槽形，不仅可以提高刚性，扩大排屑空间，增加钻孔深度，而且可以提高寿命。同时涂层钻头提高钻头寿命的效果非常明显，菱形等前角型涂层钻头比未涂层的寿命可提高1.6倍，而菱形直线刃型提高66%。菱形等前角型涂层钻头比未涂层

5、的传统型钻头寿命提高了2.58倍。涂层钻头还可以减轻切屑在前刀面上的粘附，降低切削力与切削温度，提高耐磨性与耐高温性，但不能显著改变强度与扭转刚性。因此，刀具容屑槽槽形对刀具的使用寿命和切削性能有着显著的影响，好的槽形可以大大降低切削时的切削力和扭矩，防止钻削时，刀具扭曲变形，从而提高了刀具的耐用度。综上所述，钻头容屑槽对断屑、钻头强度、刚度和排屑有极大的影响。一方面，为了能够进行切削工作，钻头必须具有足够的强度和刚度，即钻头的截面面积应足够大且按最佳的形态进行分布，以便工作时的应力应变值远低于钻头材料的许用值，并避免产生应力集中：另一方面，为控制切屑

6、的形状，使切屑能够顺利排出，要求钻头有尽量大的螺旋槽容屑空间，这必然会削弱钻头的强度和刚度。因此，合理的优化容屑槽槽形是钻头结构设计的关键。1.2、麻花钻国内外研究现状麻花钻自诞生以来，已有百余来历史。由于其尺寸必须限制在孔的尺寸以内，技术改进不易，多少年来，基本形状没有改变。1.2.1、麻花钻国内外研究现状由于标准麻花钻受其固有结构限制，其几何形态存在着某些缺陷：(1)主切削刃各点前角不等，由外缘到钻心逐渐由正值减小为负值。热量不易传出，加速了钻头的磨损，削弱了钻头的强度；(2)横刃长，负前角切削，抗力大，定心不好，容易引偏；(3)容屑槽槽形不合理，

7、切屑卷曲成宽螺旋卷状，占用空间大，容屑、排屑困难：(4)外缘棱面处，切削速度高，而副后角为0度。，因此与孔壁的摩擦大，发生热量多，钻头磨损严重。因此人们一直致力于对标准麻花钻进行改进，下面从麻花钻数学模型与钻头容屑槽的改进两个方面进行阐述。(1)麻花钻数学模型的研究历史及现状1957年，GallowayDF最早发表了有关普通麻花钻钻尖数学模型的研究论文。文中分析了主刃附近的几何形伏，给出了后角的定义及测量方法，推导了直线刃钻尖钻沟螺旋角的方程及主刃前后角公式，但所给出的横刃斜角表达式取决于其它钻尖几何参数,而不是独立变量，因此钻尖后刀面的形状不是唯一的

8、。1972年AmaregoEJA在三篇文章中总结分析前人的研究结果，指出锥面刃磨法的钻尖有四个