硬質合(he)金鉆(zhan)頭的(de)選取與技術應用

所謂(wei)硬質(zhi)合金(jin)是以(yi)碳化(hua)鎢粉末為基體(ti)，以(yi)鈷(gu)粉作(zuo)粘(zhan)結(jie)劑經(jing)加壓(ya)、燒(shao)結(jie)而(er)成。通(tong)常(chang)含碳化(hua)鎢94%，含鈷(gu)6%。由于其(qi)(qi)硬度(du)很高(gao)(gao)，非常(chang)耐磨(mo)，有(you)(you)一(yi)定強(qiang)度(du)，適于高(gao)(gao)速切削(xue)。但韌性差，非常(chang)脆，為了(le)改善硬質(zhi)合金(jin)的(de)(de)(de)性能(neng)，有(you)(you)的(de)(de)(de)采用在碳化(hua)基體(ti)上化(hua)學汽相沉積一(yi)層(ceng)5～7微米的(de)(de)(de)特硬碳化(hua)鈦(tai)（TIC）或氮化(hua)鈦(tai)（TIN），使(shi)其(qi)(qi)具有(you)(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)硬度(du)。有(you)(you)的(de)(de)(de)用離子注(zhu)(zhu)入技術，將鈦(tai)、氮、和碳注(zhu)(zhu)入其(qi)(qi)基體(ti)一(yi)定的(de)(de)(de)深度(du)，不但提高(gao)(gao)了(le)硬度(du)和強(qiang)度(du)而(er)且在鉆頭(tou)(tou)重(zhong)磨(mo)時這些注(zhu)(zhu)入成份還(huan)(huan)能(neng)內遷(qian)。還(huan)(huan)有(you)(you)的(de)(de)(de)用物理(li)方法(fa)在鉆頭(tou)(tou)頂部(bu)生成一(yi)層(ceng)金(jin)剛石膜，極大的(de)(de)(de)提高(gao)(gao)了(le)鉆頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)硬度(du)與耐磨(mo)性。

鉆頭材料的選取

根據(ju)材料的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)特(te)性(xing)，要求(qiu)鉆頭具(ju)有以(yi)下特(te)點：鉆頭的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)必(bi)須大于(yu)(yu)被(bei)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)；由(you)于(yu)(yu)鉆頭在加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件(jian)時(shi)承受著很大的(de)(de)扭(niu)轉力和軸(zhou)向力，因此必(bi)須具(ju)有足夠(gou)的(de)(de)強度(du)和韌性(xing)；由(you)于(yu)(yu)被(bei)加(jia)工(gong)(gong)(gong)材料韌性(xing)好，要求(qiu)切削(xue)時(shi)刀(dao)刃要足夠(gou)鋒(feng)利，因此刀(dao)具(ju)材料必(bi)須具(ju)有足夠(gou)的(de)(de)抗磨損能力，這樣才能減少加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)(ying)化(hua)；由(you)于(yu)(yu)該工(gong)(gong)(gong)件(jian)化(hua)學特(te)性(xing)要高，因此要求(qiu)刀(dao)具(ju)材料和鈦合金親和力要差，以(yi)免行程擴散而(er)造成(cheng)粘(zhan)刀(dao)、斷鉆現象。

目前(qian)，適(shi)用于做刀具(ju)的(de)材料(liao)種類極其繁多，包括(kuo)工(gong)具(ju)鋼(gang)、硬質合金、超硬材料(liao)等。

起(qi)初，嘗試(shi)采用(yong)普通(tong)(tong)高(gao)速鋼(gang)鉆(zhan)(zhan)頭進(jin)行涂層(ceng)進(jin)行試(shi)驗(yan)，普通(tong)(tong)高(gao)速鋼(gang)鉆(zhan)(zhan)頭價格低廉，當采用(yong)涂層(ceng)技(ji)術后，可以明顯降低刀具與工(gong)件的(de)摩擦系數，提高(gao)刀具壽命(ming)。但是由于機床(chuang)轉速較高(gao)，所使用(yong)鉆(zhan)(zhan)頭強(qiang)度不夠，加工(gong)過(guo)程中造(zao)成鉆(zhan)(zhan)頭折斷，效(xiao)果并不理(li)想。

硬質(zhi)合金是最新發展起(qi)來(lai)的(de)一種刀(dao)具材(cai)料(liao)(liao)，適用于(yu)大多數(shu)材(cai)料(liao)(liao)的(de)粗精加工，包括(kuo)鋼、鑄鐵、特殊材(cai)料(liao)(liao)和塑料(liao)(liao)。為(wei)此，決定采用整體硬質(zhi)合金鉆頭。

鉆頭修磨各參數的確定

1.麻花鉆的主要輔助平面

麻花(hua)鉆的幾個(ge)主(zhu)要(yao)輔助平(ping)面為(wei)基面、切削平(ping)面、中剖(pou)面和柱剖(pou)面。

如果(guo)不考慮輔助(zhu)運動，麻花鉆(zhan)頭主切削刃上任(ren)意點的基面，由于(yu)麻花鉆(zhan)的架構特點，鉆(zhan)頭主切削刃上各點的基面是變化(hua)的。

主(zhu)切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)上(shang)任意(yi)點(dian)的切(qie)(qie)削(xue)平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)，是包含該(gai)點(dian)切(qie)(qie)削(xue)速度方向而又(you)切(qie)(qie)于(yu)該(gai)點(dian)加工表面(mian)(mian)(mian)(mian)的平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)。切(qie)(qie)削(xue)平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)和基(ji)面(mian)(mian)(mian)(mian)垂直，且(qie)主(zhu)切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)上(shang)各點(dian)的切(qie)(qie)削(xue)平(ping)(ping)面(mian)(mian)(mian)(mian)均不相同。主(zhu)切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)上(shang)任意(yi)點(dian)的柱剖面(mian)(mian)(mian)(mian)是通過該(gai)點(dian)并以鉆(zhan)頭中(zhong)心(xin)線為(wei)中(zhong)心(xin)線而做(zuo)的圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)，主(zhu)切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)上(shang)不同的柱剖面(mian)(mian)(mian)(mian)是不同半徑的圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)。

2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數的選取

麻花鉆鉆頭(tou)(tou)(tou)的(de)主要幾(ji)何參數選(xuan)(xuan)擇(ze)包(bao)括鉆頭(tou)(tou)(tou)頂(ding)角(jiao)(jiao)的(de)選(xuan)(xuan)擇(ze)、鉆頭(tou)(tou)(tou)切削(xue)刃前角(jiao)(jiao)和后角(jiao)(jiao)的(de)選(xuan)(xuan)擇(ze)、鉆頭(tou)(tou)(tou)螺旋角(jiao)(jiao)對鉆頭(tou)(tou)(tou)壽命的(de)影(ying)響分析以及(ji)刃口的(de)相關(guan)處理。

鉆(zhan)頭(tou)頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)決定切(qie)(qie)屑(xie)寬度和鉆(zhan)頭(tou)前角(jiao)(jiao)(jiao)的(de)大小。當鉆(zhan)頭(tou)直徑(jing)和進(jin)給量一定時，增大頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)，則鐵屑(xie)變(bian)窄，單位切(qie)(qie)削(xue)刃上(shang)的(de)負荷減(jian)輕。頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)對前角(jiao)(jiao)(jiao)有(you)(you)很大影(ying)響，相(xiang)應增加頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)有(you)(you)利于改善鉆(zhan)心處的(de)切(qie)(qie)削(xue)條件。頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)影(ying)響切(qie)(qie)屑(xie)流出的(de)方向。根據相(xiang)關(guan)刀具設計資料，結(jie)合所加工產品硬度不高，但(dan)粘(zhan)性較大的(de)特點，選取該(gai)鉆(zhan)頭(tou)頂(ding)角(jiao)(jiao)(jiao)為140°。

麻花鉆的(de)前角(jiao)是由鉆頭的(de)其(qi)他幾(ji)何參數決定的(de)。在機床進行高(gao)速切(qie)削(xue)(xue)時，前角(jiao)對切(qie)削(xue)(xue)變(bian)形及切(qie)削(xue)(xue)力的(de)影響較小，同時采用較小的(de)前角(jiao)時可(ke)以(yi)增強刀(dao)尖(jian)強度(du)。當前角(jiao)確定以(yi)后(hou)，后(hou)角(jiao)越大，刃(ren)口越鋒利，但(dan)會(hui)相應減小楔角(jiao)影響刀(dao)具強度(du)和散熱面積。為(wei)此，將鉆頭后(hou)角(jiao)選取的(de)小一(yi)些(xie)，取為(wei)8°。

3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析

由(you)麻花鉆(zhan)的外形特(te)點(dian)可知切削刃(ren)上各(ge)點(dian)螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)角(jiao)是(shi)變化的，螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)角(jiao)直(zhi)接(jie)影響主切削刃(ren)的前(qian)角(jiao)。螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)角(jiao)越大，則刃(ren)口(kou)越鋒(feng)利，切削越輕快，否(fou)則會(hui)造(zao)成嚴重的加(jia)工硬化現(xian)象使得刀刃(ren)很(hen)快磨(mo)損。根(gen)據(ju)相(xiang)關刀具設計(ji)資料，取螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)角(jiao)為30°可以(yi)滿足使用要(yao)求，同時(shi)便于大批量生產。

4.刃口的相關處理

刃口(kou)的(de)(de)處理包括橫刃修正、倒(dao)棱和倒(dao)刃等措(cuo)施。針對被加工(gong)材料、機床(chuang)加工(gong)性能、加工(gong)參數以及夾具工(gong)況等，對鉆頭的(de)(de)刃口(kou)進行了合(he)適的(de)(de)鈍化(hua)，提高鉆頭的(de)(de)鉆削性能，降低了刀具磨(mo)損(sun)量。

涂層技術的應用

在切削參數不(bu)變的(de)情(qing)況(kuang)下，為了提(ti)高(gao)生(sheng)產效率并降(jiang)(jiang)低(di)生(sheng)產成本(ben)，對刀(dao)(dao)具(ju)采用涂層技術，降(jiang)(jiang)低(di)刀(dao)(dao)具(ju)磨損，以提(ti)高(gao)刀(dao)(dao)具(ju)耐用度(du)越來越成為一(yi)種趨勢。

刀(dao)具涂(tu)層(ceng)是指在強(qiang)度和(he)(he)韌性(xing)較好的(de)(de)硬(ying)質合金(jin)或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉(chen)積方(fang)法涂(tu)覆一(yi)薄層(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)好的(de)(de)難熔金(jin)屬或非金(jin)屬化合物(wu)。涂(tu)層(ceng)作為一(yi)個(ge)化學(xue)屏(ping)障(zhang)和(he)(he)熱屏(ping)障(zhang)，減少(shao)了(le)刀(dao)具與工件間的(de)(de)擴散和(he)(he)化學(xue)反應，從而減少(shao)了(le)刀(dao)具磨(mo)損。涂(tu)層(ceng)刀(dao)具具有表面硬(ying)度高、耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)好、化學(xue)性(xing)能穩定、耐(nai)(nai)熱耐(nai)(nai)氧化、摩擦因數小(xiao)和(he)(he)熱導率低(di)等特(te)性(xing)。

經過涂層之后的鉆(zhan)頭加工數量有(you)了明顯提升，單(dan)件成本(ben)大(da)大(da)降低。

硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度與強度，不僅和(he)碳化鎢(wu)與鈷的(de)(de)(de)(de)配比(bi)有(you)關(guan)，也與粉末(mo)的(de)(de)(de)(de)顆粒有(you)關(guan)。超微(wei)(wei)細顆粒的(de)(de)(de)(de)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)鉆(zhan)(zhan)頭，其碳化鎢(wu)相晶粒的(de)(de)(de)(de)平均(jun)尺(chi)寸在1微(wei)(wei)米以下。這種鉆(zhan)(zhan)頭，不僅硬(ying)度高而(er)且抗(kang)壓(ya)和(he)抗(kang)彎強度都提高了。為(wei)(wei)了節省成本(ben)(ben)現(xian)在許多(duo)鉆(zhan)(zhan)頭采用(yong)焊(han)接柄(bing)結構，原來的(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)頭為(wei)(wei)整體(ti)都是(shi)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)，現(xian)在后部的(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)柄(bing)采用(yong)了不銹(xiu)鋼，成本(ben)(ben)大大下降但(dan)是(shi)由于采用(yong)不同的(de)(de)(de)(de)材質(zhi)其動態的(de)(de)(de)(de)同心(xin)度不及整體(ti)硬(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)鉆(zhan)(zhan)頭，特別在小直徑(jing)方面。