第七章鉆削與鉆頭教材

鉆孔是在實(shí)心材料上加工孔的第一個(gè)工序，鉆孔直徑一般小于80mm。機(jī)械加工中的孔加工刀具分為兩類：一類是在實(shí)體工件上加工出孔的刀具，如扁鉆、麻花鉆、中心鉆及深孔鉆等；另一類是對(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工的工具，如：擴(kuò)孔鉆、锪鉆、鉸刀及鏜刀等。1.扁鉆使用最早，結(jié)構(gòu)簡單，剛度好，成本低，刃磨方便，適于微孔和大孔。第七章鉆削與鉆頭孔加工刀具的種類和用途2.麻花鉆應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)3.中心鉆4.深孔鉆外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆、套料鉆5.擴(kuò)孔鉆6.锪鉆加工各種沉頭座孔和锪平端面7.鉸刀在擴(kuò)孔或半精鏜的基礎(chǔ)上進(jìn)行的應(yīng)用較普遍的精加工方法8.鏜刀工作部分由導(dǎo)向部分和切削部分組成。①導(dǎo)向部分鉆頭螺旋槽部分，徑向尺寸決定了鉆頭直徑do，直徑向尾部方制造成倒錐，前大后小，倒錐量為0.05/100～0.12/100，螺旋槽是排屑通道，兩條棱邊起導(dǎo)向作用，兩條螺旋形刃瓣中間由鉆芯相連，以保持刃瓣連接強(qiáng)度，鉆芯直徑de=0.125do～0.15do，并從切削部分到尾部方向制成正錐（前小后大），導(dǎo)向部分也是鉆頭的備磨部分。第一節(jié)麻花鉆一、麻花鉆的結(jié)構(gòu)1.麻花鉆的結(jié)構(gòu)組成麻花鉆由柄部、頸部和工作部分所組成

柄部用以裝夾并傳遞鉆削力和扭矩。鉆頭直徑小于13mm時(shí)，通常采用圓柱柄；鉆頭直徑在12mm以上時(shí)采用圓錐柄；扁尾是為防止鉆柄打滑和供斜鐵將錐柄從鉆套中取出。頸部用來連接柄部和工作部，并供磨外徑時(shí)砂輪退刀和打鉆頭標(biāo)記。②切削部分由兩個(gè)螺旋形前刀面，兩個(gè)經(jīng)刃磨獲得的后刀面、兩個(gè)圓柱形的副后刀面（棱邊）組成。前刀面與后刀面的交線形成形成橫刃。2.麻花鉆切削部分的組成（1）前刀面（2）后刀面（3）副后刀面（4）主切削刃（5）副切削刃（6）橫刃麻花鉆切削部分的組成1-前面2、8-副切削刃(棱邊)3、7一主切削刃4、6-后面5一橫刃9一副后面

3.麻花鉆的結(jié)構(gòu)參數(shù)鉆頭制造時(shí)控制的尺寸和角度（1）直徑d（2）直徑倒錐相當(dāng)于副偏角倒錐量0.03～0.12/100（3）鉆芯直徑d0

影響鉆頭剛性與容屑截面（4）螺旋角ω

鉆頭越近中心處螺旋角越小

tanω=2πr/L切削刃上任一點(diǎn)x的半徑為rx，螺旋角ωx值為：

tanωx＝2πrx/L＝rx/r

tanω二、麻花鉆的幾何角度1.鉆頭角度參考系1）切削平面Ps2）基面Pr3）假定進(jìn)給平面Pf與背平面Pp2.鉆頭的刃磨角度（1）頂角2φ

指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角

。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的頂角一般為116o～118o2φ

主切削刃長度單位切削刃上的負(fù)荷及軸向力鉆尖強(qiáng)度有利于散熱，提高鉆頭耐用度而扭矩（2）外緣后角αf

后角是在以鉆頭軸線為軸心的圓柱面的切平面內(nèi)測量的切削平面與主后刀面之間的夾角。住切削刃上任一點(diǎn)m處的后角用αfm

表示。

為改善切削條件，并能與切削刃上變化的前角相適應(yīng)，而使各點(diǎn)的楔角大致相等，麻花鉆的后角刃磨時(shí)應(yīng)由外緣向中心逐漸增大。（3）橫刃斜角ψ端平面中測量的中剖面與橫刃的鈍夾角由于橫刃前角為負(fù)值，因此橫刃的切削條件很差，切削時(shí)因產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓而產(chǎn)生很大的軸向力。對(duì)于直徑較大的麻花鉆，一般都需要修磨橫刃。3.橫刃角度分析標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的

=120

～130

。當(dāng)后角磨得偏大時(shí)，橫刃斜角

越大，橫刃長度bψ增大。橫刃角度包括橫刃斜角

，橫刃前角γoψ和橫刃后角αoψ。在橫刃剖面O-O內(nèi)，橫刃前角

o為負(fù)值，橫刃后角

o≈90

-︱

o︱=36.8

。4.主切削刃角度分析前角值可由30°逐漸變?yōu)椋?4°，故靠近中心處的切削條件很差。前角

0由于鉆頭的前刀面是螺旋面，且各點(diǎn)處的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各處的前角也是不相同的，由外緣向中心逐漸減小。三、

麻

花

鉆

的

幾

何

角

度（2）鉆頭的幾何角度1）螺旋角鉆頭螺旋槽上最外緣的螺旋線展開成直線后與鉆頭軸線之間的夾角稱為螺旋角β。設(shè)螺旋導(dǎo)程為p，鉆頭半徑為R，則：

tanβ=2πR/p切削刃上任一點(diǎn)x的半徑為rx，螺旋角βx值為：

tanβx＝2πrx/p＝rx/Rtanβ

鉆頭不同直徑處的螺旋角不同，越近鉆頭中心螺旋角越小。螺旋角不僅影響排屑，而且影響切削刃強(qiáng)度，故標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角β=18°～30°，大直徑取大值。螺旋槽方向一般為右旋。2）刃傾角λs與端面刃傾角λtsinλtx=-dc/2rxsin

λsx=sinλtxsinKrx=-dc/2rxsinKrx3)頂角（鋒角）2φ與主偏角Кrx鉆頭兩條主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角稱頂角。頂角越小，主切削刃越長，單位切削刃上負(fù)荷便減輕，軸向力小，定心作用也較好，且刀尖角εr增加，有利于散熱和提高刀具耐用度；若頂角過小，則鉆頭強(qiáng)度減弱，變形增加，扭矩增大，鉆頭易折斷，故應(yīng)根據(jù)加工材料的強(qiáng)度和硬度來刃磨合理的頂角，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆取2φ=120°。主偏角Кrx

是主切削刃選定點(diǎn)m的切線在基面投影與進(jìn)給方向的夾角。由于各點(diǎn)基面不同，各點(diǎn)處的主偏角也就不同。

tanКrx

=tanφCosλtx4）前角γox

主切削刃上選定點(diǎn)的前角是在該點(diǎn)的正交平面內(nèi)測量。

tanγox=tanβx/sinKrx+tanλtxcosKrx麻花鉆主切削刃上各點(diǎn)前角越接進(jìn)鉆頭外圓，前角越大，約為30°，越接近鉆頭中心，前角越小，靠近橫刃處約為-30°。5）后角αf

麻花鉆主切削刃上選定點(diǎn)的后角，是通過該點(diǎn)柱剖面中的進(jìn)給后角αf來表示的。柱剖面是過主切削刃選定點(diǎn)x，作與鉆頭軸線平行的直線，該直線繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面。αf

沿主切削刃也是變化的（愈靠近中心愈大）。通常給定的后角值，一般指外緣處的名義后角αf（約8°～14°）。6）副刃后角α'o

α'o=0°,因?yàn)楦焙蟮睹妫ㄕ筮叄┦倾@頭外柱面的一部分。7）橫刃角度橫刃斜角Ψ：在端面投影中橫刃與主切削刃間的夾角。當(dāng)麻花鉆后刀面磨成后，Ψ自然形成，后角大時(shí)，Ψ減小，一般Ψ=50°～55°。橫刃前角γoΨ和橫刃后角αoΨ均在橫刃正交平面內(nèi)測量.γoΨ=-54°,αoΨ=90°-|γoΨ|由于γoΨ是很大負(fù)值，橫刃處會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重?cái)D壓，造成很大的軸向力。第二節(jié)鉆削要素一、鉆削用量與切削層參數(shù)（1）鉆削速度υC鉆削速度指切削刃外緣處的線速度，以υc表示，單位為mm/r。

Vc=nπd/1000

n:鉆頭（或工件）的轉(zhuǎn)速，r/s；do:鉆頭外緣處直徑，mm。（2）進(jìn)給量f①每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f是指鉆頭轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對(duì)于工件的軸向移動(dòng)量，單位為mm/r；②每齒進(jìn)給量fz

鉆頭有兩個(gè)刀齒，鉆頭轉(zhuǎn)過一個(gè)刀齒相對(duì)于工件的軸向移動(dòng)量，稱為每齒進(jìn)給量，單位為mm/z，

fz=1/2f③每分進(jìn)給量υf

（進(jìn)給速度）是指鉆頭在單位時(shí)間內(nèi)（每分）相對(duì)于工件的軸向移動(dòng)量單位為mm/min。

vf=nf=2nfz（3）鉆削深度ap

在基面內(nèi)垂直于鉆頭軸線測量的切削層尺寸

ap=d/22.鉆削層參數(shù)（1）切削層厚度hD

，切削層厚度是指垂直于主切削刃在基面上投影測量的切削層尺寸。

hD=fzsinKr=f/2sinKr≈fsinФ/2（2）切削層寬度bD

切削層寬度是指在基面內(nèi)測量的主切削刃參加工作的長度單位為mm。

bD=ap/sinKr=d0/2sinKr≈d0/（2sinФ）（3）切削層面積AD

指每個(gè)刀齒切下的切削層面積，

AD=hDbD=fzap=fd0/4二、鉆削過程特點(diǎn)2.鉆削力麻花鉆在鉆削時(shí)受到工件材料的變形抗力以及鉆頭與孔壁和切屑間的摩擦力作用，鉆頭的每個(gè)切削刃都受到Ff、Fp、Fc三個(gè)分力的作用。在理想情況下Fp可相互平衡，其余的力合并為軸向力F和扭矩M消耗主要功率。經(jīng)驗(yàn)公式：F=9.81CFd0xFfyFKFM=9.81CMd0xMfyMKM各切削刃所承受的軸向力大約為：主切削刃占40%，橫刃占57%。扭矩大約為：主切削刃占80%，橫刃占8%。鉆削功率Pc=Mcvc/30d3.鉆頭的磨損鉆削是一種半封閉式的切削，鉆削時(shí)所產(chǎn)生的熱量，雖然也由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出，但它們之間的比例卻和車削大不相同。如用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆，不加切削液鉆鋼料時(shí)，工件吸收的熱量約占14.5%

，鉆頭約占52.5%

，切屑約占28%，而介質(zhì)僅占5%左右。大量高溫切屑不能及時(shí)排出，且切削液難以注入到切削區(qū)，造成切屑、刀具與工件之間的摩擦很大。因此切削溫度較高，致使刀具磨損加劇，這就限制了鉆削用量和生產(chǎn)率的提高。三、鉆削用量選擇1.鉆頭的直徑一次鉆。需擴(kuò)孔時(shí)，鉆50～70%2.進(jìn)給量

f=（0.01～0.02）d3.鉆削速度

P129表7-4第三節(jié)麻花鉆的修磨與群鉆1.標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的缺陷①主切削刃上各點(diǎn)前角相差較大（由+30°～-30°），切削性能相差懸殊；②主切削刃長，切屑寬，切削刃上各點(diǎn)切削速度相差很大，使切屑卷曲和排出困難；③橫刃較長，又為負(fù)前角，鉆削時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重?cái)D壓，軸向力也很大，切削條件很差；④主切削刃與棱邊轉(zhuǎn)角處切削速度最高，副后角又為零，因此轉(zhuǎn)角處磨損最快。麻花鉆常見的修磨方法主切削刃修磨法：盡量把鉆頭的兩個(gè)主切削刃磨得對(duì)稱一致，使兩主切削刃的徑向切削力互相抵消，從而減少鉆頭的引偏。修磨橫刃：磨短橫刃增大前角修磨棱邊、磨出分屑槽：將寬的切屑分成窄條，以利于排屑。2.群鉆群鉆是在長期的鉆孔實(shí)踐中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，綜合應(yīng)用各種修磨方法而形成的一種先進(jìn)鉆型。（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)先磨兩條外刃（AB），然后在兩個(gè)后刀面上分別磨出對(duì)稱的半徑為R的月牙形圓弧刃（BC），最后修磨橫刃，使之變短、變低、變尖，以形成內(nèi)直刃（CD）和一條窄橫刃DO，對(duì)較大直徑鉆頭在一邊外刃上可再磨出分屑槽。其特點(diǎn)可概括為四句話：三尖七刃銳當(dāng)先，月牙弧槽分兩邊，一側(cè)外刃再開槽，橫刃磨低窄又尖。（2）群鉆優(yōu)點(diǎn)分析1）磨了內(nèi)凹弧槽，增大了該段切削刃處的前角，改善了小前角刃段的切削性能；標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆60%的軸向阻力來自橫刃，因橫刃前角達(dá)-60°左右。群鉆把麻花鉆橫刃磨去80%～90%，并形成兩條內(nèi)刃，內(nèi)刃前角由-60°加大為0°～-10°，從而使軸向阻力減少50%左右，進(jìn)給輕快。2）磨出了內(nèi)凹槽起到了良好的分屑作用；群鉆在外直刃上刃磨出月牙槽，從而使分屑更細(xì)，排屑更流暢。3）內(nèi)弧槽起到了良好的定心，導(dǎo)向作用。因?yàn)槿齻€(gè)刀尖增加了定心的穩(wěn)定性，圓弧刃又在工件上切出了凸形環(huán)筋，有利于鉆頭定心，從而限制了鉆頭的偏擺；鉆矩可降低30%左右，所以可以用較大的進(jìn)給量鉆孔。

4）橫刃磨短僅為原來的1/7～1/5，軸向力大大減?。粰M刃一部分磨