硬質合金鉆(zhan)頭(tou)的選取與技術應用(yong)

所(suo)謂硬(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)金是以碳化鎢粉(fen)末為(wei)基(ji)體，以鈷粉(fen)作(zuo)粘結劑經加壓、燒結而(er)成。通常含碳化鎢94%，含鈷6%。由于(yu)其硬(ying)(ying)(ying)度很高(gao)(gao)，非常耐(nai)磨(mo)，有一(yi)(yi)(yi)定強(qiang)度，適(shi)于(yu)高(gao)(gao)速切削。但(dan)韌性差，非常脆，為(wei)了改善硬(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)金的性能，有的采用(yong)在碳化基(ji)體上化學汽相沉積(ji)一(yi)(yi)(yi)層(ceng)5～7微米的特硬(ying)(ying)(ying)碳化鈦（TIC）或氮(dan)(dan)化鈦（TIN），使(shi)其具有更高(gao)(gao)的硬(ying)(ying)(ying)度。有的用(yong)離(li)子注(zhu)入技術，將鈦、氮(dan)(dan)、和碳注(zhu)入其基(ji)體一(yi)(yi)(yi)定的深度，不但(dan)提高(gao)(gao)了硬(ying)(ying)(ying)度和強(qiang)度而(er)且(qie)在鉆(zhan)頭重磨(mo)時這(zhe)些注(zhu)入成份還(huan)(huan)能內遷(qian)。還(huan)(huan)有的用(yong)物理方法在鉆(zhan)頭頂部(bu)生成一(yi)(yi)(yi)層(ceng)金剛(gang)石膜，極大的提高(gao)(gao)了鉆(zhan)頭的硬(ying)(ying)(ying)度與耐(nai)磨(mo)性。

鉆頭材料的選取

根據材(cai)料的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)特性，要(yao)(yao)(yao)求鉆頭具有以下(xia)特點：鉆頭的(de)硬度(du)必(bi)(bi)須(xu)大(da)于被加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)硬度(du)；由(you)于鉆頭在加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件時承(cheng)受著很大(da)的(de)扭轉力和(he)(he)軸(zhou)向(xiang)力，因(yin)此必(bi)(bi)須(xu)具有足夠的(de)強度(du)和(he)(he)韌性；由(you)于被加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)材(cai)料韌性好，要(yao)(yao)(yao)求切削時刀刃要(yao)(yao)(yao)足夠鋒利，因(yin)此刀具材(cai)料必(bi)(bi)須(xu)具有足夠的(de)抗(kang)磨損能力，這樣(yang)才能減少加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)硬化；由(you)于該工(gong)(gong)(gong)(gong)件化學特性要(yao)(yao)(yao)高，因(yin)此要(yao)(yao)(yao)求刀具材(cai)料和(he)(he)鈦(tai)合金親和(he)(he)力要(yao)(yao)(yao)差(cha)，以免行(xing)程擴散而造成粘刀、斷鉆現象。

目前，適用于做刀具的材料種(zhong)類極(ji)其繁多(duo)，包(bao)括(kuo)工(gong)具鋼(gang)、硬質(zhi)合金、超硬材料等。

起初，嘗試采(cai)用普(pu)通高速(su)鋼(gang)鉆(zhan)頭(tou)進行涂層進行試驗，普(pu)通高速(su)鋼(gang)鉆(zhan)頭(tou)價(jia)格低廉，當采(cai)用涂層技術后，可(ke)以明顯降低刀具與工(gong)件的摩擦系數，提高刀具壽命(ming)。但是由于機(ji)床(chuang)轉速(su)較高，所使用鉆(zhan)頭(tou)強度(du)不(bu)夠，加工(gong)過程中造成鉆(zhan)頭(tou)折斷，效果并不(bu)理想。

硬(ying)質合金是最新發展起(qi)來的一種刀具材(cai)料(liao)(liao)，適(shi)用于大(da)多數材(cai)料(liao)(liao)的粗精(jing)加工，包括鋼、鑄鐵、特殊(shu)材(cai)料(liao)(liao)和塑料(liao)(liao)。為此，決(jue)定采用整體硬(ying)質合金鉆(zhan)頭(tou)。

鉆頭修磨各參數的確定

1.麻花鉆的主要輔助平面

麻花鉆(zhan)的幾(ji)個主要輔助平面(mian)(mian)為(wei)基(ji)面(mian)(mian)、切削平面(mian)(mian)、中剖面(mian)(mian)和柱剖面(mian)(mian)。

如(ru)果不考慮輔助運動，麻花鉆頭(tou)主(zhu)切(qie)削刃上任(ren)意(yi)點的(de)基面(mian)(mian)，由(you)于麻花鉆的(de)架構特點，鉆頭(tou)主(zhu)切(qie)削刃上各點的(de)基面(mian)(mian)是(shi)變化(hua)的(de)。

主切(qie)(qie)(qie)削(xue)刃(ren)(ren)(ren)上任(ren)(ren)意點的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削(xue)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，是包(bao)含該(gai)(gai)點切(qie)(qie)(qie)削(xue)速度方(fang)向而又切(qie)(qie)(qie)于該(gai)(gai)點加工表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。切(qie)(qie)(qie)削(xue)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)和基面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)垂(chui)直(zhi)，且主切(qie)(qie)(qie)削(xue)刃(ren)(ren)(ren)上各(ge)點的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削(xue)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)均不相同。主切(qie)(qie)(qie)削(xue)刃(ren)(ren)(ren)上任(ren)(ren)意點的(de)(de)柱(zhu)剖(pou)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)是通過(guo)該(gai)(gai)點并以(yi)鉆頭中心線(xian)為中心線(xian)而做的(de)(de)圓柱(zhu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，主切(qie)(qie)(qie)削(xue)刃(ren)(ren)(ren)上不同的(de)(de)柱(zhu)剖(pou)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)是不同半(ban)徑(jing)的(de)(de)圓柱(zhu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。

2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數的選取

麻花(hua)鉆(zhan)鉆(zhan)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)主要幾何參(can)數(shu)選擇(ze)包(bao)括鉆(zhan)頭(tou)(tou)頂(ding)角的(de)(de)(de)選擇(ze)、鉆(zhan)頭(tou)(tou)切(qie)削刃(ren)(ren)前(qian)角和(he)后角的(de)(de)(de)選擇(ze)、鉆(zhan)頭(tou)(tou)螺旋(xuan)角對鉆(zhan)頭(tou)(tou)壽命的(de)(de)(de)影響分析以及刃(ren)(ren)口的(de)(de)(de)相關處(chu)理(li)。

鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)頂(ding)角(jiao)(jiao)決定切屑(xie)寬度和鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)前角(jiao)(jiao)的大(da)小(xiao)。當鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)直徑和進給量一定時，增大(da)頂(ding)角(jiao)(jiao)，則鐵(tie)屑(xie)變窄，單(dan)位(wei)切削刃上的負荷減輕。頂(ding)角(jiao)(jiao)對(dui)前角(jiao)(jiao)有很大(da)影響，相應增加頂(ding)角(jiao)(jiao)有利(li)于(yu)改善鉆(zhan)(zhan)心處的切削條件。頂(ding)角(jiao)(jiao)影響切屑(xie)流出的方向(xiang)。根(gen)據相關刀具設計資料，結合所加工產品硬度不高，但粘性較大(da)的特點，選取該鉆(zhan)(zhan)頭(tou)(tou)頂(ding)角(jiao)(jiao)為(wei)140°。

麻花鉆的前(qian)(qian)角是由鉆頭(tou)的其他幾何參數決定的。在機床進行(xing)高速切削(xue)時(shi)(shi)，前(qian)(qian)角對切削(xue)變形及(ji)切削(xue)力的影響較小，同(tong)時(shi)(shi)采用較小的前(qian)(qian)角時(shi)(shi)可以增強刀尖強度。當前(qian)(qian)角確(que)定以后(hou)(hou)，后(hou)(hou)角越大(da)，刃口越鋒利(li)，但(dan)會相應減(jian)小楔角影響刀具強度和散熱面積。為此，將(jiang)鉆頭(tou)后(hou)(hou)角選取的小一些(xie)，取為8°。

3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析

由麻花(hua)鉆的外(wai)形特點可知切(qie)削刃(ren)上各點螺(luo)旋角(jiao)(jiao)是變(bian)化的，螺(luo)旋角(jiao)(jiao)直(zhi)接影響主切(qie)削刃(ren)的前角(jiao)(jiao)。螺(luo)旋角(jiao)(jiao)越(yue)大，則刃(ren)口(kou)越(yue)鋒(feng)利，切(qie)削越(yue)輕快，否則會造成嚴(yan)重(zhong)的加工(gong)硬(ying)化現象使得刀刃(ren)很快磨損。根據相關刀具設計資料，取螺(luo)旋角(jiao)(jiao)為30°可以滿足使用要求，同時便于大批(pi)量生產。

4.刃口的相關處理

刃(ren)口(kou)的(de)處理包(bao)括橫刃(ren)修正、倒(dao)棱和(he)倒(dao)刃(ren)等措施。針對被加(jia)(jia)工材料、機床加(jia)(jia)工性能、加(jia)(jia)工參(can)數(shu)以及夾具工況等，對鉆(zhan)頭的(de)刃(ren)口(kou)進行了(le)合適的(de)鈍化，提高鉆(zhan)頭的(de)鉆(zhan)削性能，降(jiang)低了(le)刀(dao)具磨損量。

涂層技術的應用

在切削(xue)參數不變的情況下，為了提高生(sheng)產(chan)效(xiao)率并降(jiang)(jiang)低(di)生(sheng)產(chan)成本，對刀(dao)具采用涂層技術，降(jiang)(jiang)低(di)刀(dao)具磨損，以(yi)提高刀(dao)具耐(nai)用度越(yue)來越(yue)成為一種趨勢。

刀(dao)具(ju)(ju)涂(tu)層(ceng)是指在強(qiang)度(du)和(he)(he)韌性(xing)(xing)較好的硬質合金(jin)或(huo)高(gao)速鋼(HSS)基(ji)體(ti)表面上，利用氣相沉積方法涂(tu)覆(fu)一薄層(ceng)耐(nai)磨(mo)(mo)性(xing)(xing)好的難熔金(jin)屬或(huo)非金(jin)屬化(hua)(hua)合物。涂(tu)層(ceng)作為一個化(hua)(hua)學(xue)屏障(zhang)和(he)(he)熱(re)屏障(zhang)，減少了(le)刀(dao)具(ju)(ju)與工件(jian)間的擴散和(he)(he)化(hua)(hua)學(xue)反應，從而減少了(le)刀(dao)具(ju)(ju)磨(mo)(mo)損。涂(tu)層(ceng)刀(dao)具(ju)(ju)具(ju)(ju)有表面硬度(du)高(gao)、耐(nai)磨(mo)(mo)性(xing)(xing)好、化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)能穩(wen)定、耐(nai)熱(re)耐(nai)氧化(hua)(hua)、摩擦因數小(xiao)和(he)(he)熱(re)導(dao)率低等特性(xing)(xing)。

經過(guo)涂層之(zhi)后的(de)鉆頭加工數量有了明顯提(ti)升，單件(jian)成(cheng)本(ben)大大降低(di)。

硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)與強(qiang)度(du)，不(bu)僅和(he)碳化鎢(wu)與鈷的(de)(de)(de)(de)(de)配比有(you)(you)關(guan)，也與粉末的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒有(you)(you)關(guan)。超(chao)微細顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭，其碳化鎢(wu)相晶(jing)粒的(de)(de)(de)(de)(de)平均尺寸在1微米(mi)以下。這種鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭，不(bu)僅硬(ying)度(du)高而(er)且抗(kang)壓和(he)抗(kang)彎強(qiang)度(du)都(dou)提高了(le)。為(wei)了(le)節省成本現在許(xu)多鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭采(cai)用(yong)焊(han)接柄結構，原(yuan)來的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭為(wei)整體(ti)都(dou)是硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金，現在后部的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柄采(cai)用(yong)了(le)不(bu)銹鋼(gang)，成本大大下降但是由于采(cai)用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)其動(dong)態的(de)(de)(de)(de)(de)同心度(du)不(bu)及整體(ti)硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭，特別在小直徑方面。