硬質合(he)金鉆頭的選取與(yu)技術應用

所謂硬(ying)(ying)質合(he)金是以(yi)碳(tan)化鎢(wu)粉(fen)末(mo)為基體，以(yi)鈷粉(fen)作粘(zhan)結(jie)劑經加壓、燒結(jie)而成。通常(chang)含碳(tan)化鎢(wu)94%，含鈷6%。由于其(qi)硬(ying)(ying)度(du)很高(gao)，非常(chang)耐(nai)磨，有(you)(you)一(yi)(yi)定強度(du)，適于高(gao)速切削。但(dan)韌性差，非常(chang)脆，為了(le)(le)改善硬(ying)(ying)質合(he)金的(de)(de)(de)性能(neng)，有(you)(you)的(de)(de)(de)采用(yong)(yong)在(zai)碳(tan)化基體上化學汽相沉(chen)積一(yi)(yi)層5～7微米的(de)(de)(de)特硬(ying)(ying)碳(tan)化鈦(tai)(tai)（TIC）或氮化鈦(tai)(tai)（TIN），使其(qi)具有(you)(you)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)。有(you)(you)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)離子注(zhu)入(ru)技術，將(jiang)鈦(tai)(tai)、氮、和碳(tan)注(zhu)入(ru)其(qi)基體一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)深度(du)，不但(dan)提高(gao)了(le)(le)硬(ying)(ying)度(du)和強度(du)而且在(zai)鉆頭(tou)重磨時這些注(zhu)入(ru)成份(fen)還能(neng)內遷。還有(you)(you)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)物理方法在(zai)鉆頭(tou)頂部生成一(yi)(yi)層金剛石膜，極大的(de)(de)(de)提高(gao)了(le)(le)鉆頭(tou)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)與(yu)耐(nai)磨性。

鉆頭材料的選取

根據材料的(de)加(jia)工(gong)(gong)特性(xing)，要(yao)(yao)求(qiu)鉆頭(tou)(tou)具(ju)有(you)以(yi)下特點：鉆頭(tou)(tou)的(de)硬度(du)必須(xu)大于(yu)被(bei)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)硬度(du)；由于(yu)鉆頭(tou)(tou)在加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)(jian)時承受著(zhu)很大的(de)扭轉力和(he)軸向力，因(yin)此必須(xu)具(ju)有(you)足夠(gou)的(de)強度(du)和(he)韌性(xing)；由于(yu)被(bei)加(jia)工(gong)(gong)材料韌性(xing)好，要(yao)(yao)求(qiu)切削時刀(dao)(dao)刃(ren)要(yao)(yao)足夠(gou)鋒利，因(yin)此刀(dao)(dao)具(ju)材料必須(xu)具(ju)有(you)足夠(gou)的(de)抗磨損能(neng)力，這樣才能(neng)減少加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)；由于(yu)該工(gong)(gong)件(jian)(jian)化(hua)學(xue)特性(xing)要(yao)(yao)高，因(yin)此要(yao)(yao)求(qiu)刀(dao)(dao)具(ju)材料和(he)鈦合金親和(he)力要(yao)(yao)差，以(yi)免行(xing)程擴散而(er)造成粘刀(dao)(dao)、斷鉆現象。

目前(qian)，適用于做刀(dao)具的材料種類極其繁多，包括工具鋼、硬質合金、超硬材料等。

起初(chu)，嘗(chang)試采(cai)用(yong)普(pu)通高(gao)(gao)速鋼(gang)鉆頭進(jin)(jin)行(xing)(xing)涂(tu)層(ceng)進(jin)(jin)行(xing)(xing)試驗，普(pu)通高(gao)(gao)速鋼(gang)鉆頭價格低(di)廉，當(dang)采(cai)用(yong)涂(tu)層(ceng)技術后，可以明(ming)顯降低(di)刀具與工件的摩擦系數，提(ti)高(gao)(gao)刀具壽命。但是由于(yu)機床轉(zhuan)速較(jiao)高(gao)(gao)，所使用(yong)鉆頭強度不夠，加工過程中造成鉆頭折斷，效(xiao)果并不理(li)想。

硬(ying)質合金(jin)是(shi)最(zui)新(xin)發(fa)展起來的(de)一種刀具材(cai)(cai)料(liao)，適用于大(da)多數材(cai)(cai)料(liao)的(de)粗(cu)精加工，包括鋼、鑄鐵、特殊(shu)材(cai)(cai)料(liao)和(he)塑料(liao)。為此，決定采用整體硬(ying)質合金(jin)鉆頭。

鉆頭修磨各參數的確定

1.麻花鉆的主要輔助平面

麻花鉆的幾(ji)個主要(yao)輔助(zhu)平(ping)(ping)面(mian)(mian)為基(ji)面(mian)(mian)、切削平(ping)(ping)面(mian)(mian)、中剖面(mian)(mian)和柱(zhu)剖面(mian)(mian)。

如(ru)果不考(kao)慮輔助運(yun)動，麻花鉆頭(tou)主切削刃(ren)上任(ren)意點的(de)基面(mian)，由于麻花鉆的(de)架構特點，鉆頭(tou)主切削刃(ren)上各點的(de)基面(mian)是變化的(de)。

主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃上(shang)(shang)任意(yi)點的切(qie)(qie)削(xue)(xue)平(ping)面(mian)，是(shi)包含該(gai)點切(qie)(qie)削(xue)(xue)速度方(fang)向(xiang)而又切(qie)(qie)于該(gai)點加工表面(mian)的平(ping)面(mian)。切(qie)(qie)削(xue)(xue)平(ping)面(mian)和(he)基面(mian)垂直，且(qie)主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃上(shang)(shang)各點的切(qie)(qie)削(xue)(xue)平(ping)面(mian)均不(bu)(bu)相同。主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃上(shang)(shang)任意(yi)點的柱(zhu)(zhu)剖(pou)面(mian)是(shi)通過(guo)該(gai)點并以鉆頭中心線(xian)為(wei)中心線(xian)而做(zuo)的圓(yuan)柱(zhu)(zhu)面(mian)，主(zhu)(zhu)切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃上(shang)(shang)不(bu)(bu)同的柱(zhu)(zhu)剖(pou)面(mian)是(shi)不(bu)(bu)同半(ban)徑的圓(yuan)柱(zhu)(zhu)面(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)主要幾何(he)參(can)數選擇包(bao)括(kuo)鉆(zhan)頭(tou)(tou)頂角的(de)(de)選擇、鉆(zhan)頭(tou)(tou)切(qie)削刃前角和后角的(de)(de)選擇、鉆(zhan)頭(tou)(tou)螺(luo)旋角對鉆(zhan)頭(tou)(tou)壽命的(de)(de)影響(xiang)分(fen)析以及刃口的(de)(de)相關處(chu)理。

鉆(zhan)頭(tou)頂角決定切屑(xie)(xie)寬度和鉆(zhan)頭(tou)前角的(de)大(da)小。當鉆(zhan)頭(tou)直徑(jing)和進給(gei)量一定時，增(zeng)大(da)頂角，則(ze)鐵屑(xie)(xie)變窄，單(dan)位(wei)切削刃上的(de)負荷(he)減輕。頂角對前角有很大(da)影響(xiang)，相應增(zeng)加(jia)頂角有利于改(gai)善鉆(zhan)心處的(de)切削條件。頂角影響(xiang)切屑(xie)(xie)流(liu)出的(de)方向。根據相關刀具(ju)設計資料，結合所加(jia)工產品硬(ying)度不高，但粘(zhan)性(xing)較大(da)的(de)特點，選取該鉆(zhan)頭(tou)頂角為140°。

麻花鉆(zhan)的(de)前(qian)角(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)由(you)鉆(zhan)頭(tou)的(de)其他幾何參(can)數(shu)決定的(de)。在機床(chuang)進(jin)行高速切削(xue)時，前(qian)角(jiao)(jiao)(jiao)對切削(xue)變形及切削(xue)力的(de)影(ying)響較(jiao)小(xiao)(xiao)，同時采(cai)用較(jiao)小(xiao)(xiao)的(de)前(qian)角(jiao)(jiao)(jiao)時可(ke)以增(zeng)強(qiang)(qiang)刀尖強(qiang)(qiang)度(du)。當前(qian)角(jiao)(jiao)(jiao)確定以后(hou)，后(hou)角(jiao)(jiao)(jiao)越(yue)大，刃口越(yue)鋒(feng)利(li)，但會相應減(jian)小(xiao)(xiao)楔(xie)角(jiao)(jiao)(jiao)影(ying)響刀具強(qiang)(qiang)度(du)和散熱面積。為(wei)此，將鉆(zhan)頭(tou)后(hou)角(jiao)(jiao)(jiao)選取的(de)小(xiao)(xiao)一些，取為(wei)8°。

3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析

由麻花鉆的(de)外形特點可知切削(xue)刃(ren)(ren)上(shang)各點螺(luo)旋角(jiao)是變化(hua)的(de)，螺(luo)旋角(jiao)直接影響(xiang)主切削(xue)刃(ren)(ren)的(de)前(qian)角(jiao)。螺(luo)旋角(jiao)越大，則(ze)刃(ren)(ren)口越鋒利，切削(xue)越輕(qing)快，否則(ze)會造成(cheng)嚴(yan)重的(de)加工(gong)硬化(hua)現象使(shi)得刀刃(ren)(ren)很(hen)快磨損。根據(ju)相關刀具(ju)設計(ji)資料，取螺(luo)旋角(jiao)為30°可以滿足使(shi)用要求，同時(shi)便于(yu)大批量生產。

4.刃口的相關處理

刃(ren)口的(de)處理包(bao)括橫刃(ren)修正(zheng)、倒(dao)棱和倒(dao)刃(ren)等(deng)措施。針(zhen)對(dui)被加(jia)工材料、機床加(jia)工性(xing)能(neng)(neng)、加(jia)工參數以及夾具工況等(deng)，對(dui)鉆(zhan)頭(tou)的(de)刃(ren)口進行了(le)合(he)適的(de)鈍化，提(ti)高鉆(zhan)頭(tou)的(de)鉆(zhan)削性(xing)能(neng)(neng)，降低(di)了(le)刀(dao)具磨損量。

涂層技術的應用

在切(qie)削參數(shu)不變的情況下，為(wei)了(le)提(ti)高生產(chan)(chan)效率并(bing)降低生產(chan)(chan)成本，對刀(dao)具采用(yong)涂(tu)層技術，降低刀(dao)具磨損，以(yi)提(ti)高刀(dao)具耐用(yong)度(du)越來越成為(wei)一種趨(qu)勢。

刀(dao)具(ju)涂(tu)(tu)層是指在(zai)強度(du)和(he)(he)韌性較(jiao)好的硬質合(he)金(jin)或(huo)(huo)高速(su)鋼(HSS)基體表面上，利用(yong)氣相沉積方(fang)法涂(tu)(tu)覆一薄層耐(nai)磨(mo)(mo)性好的難熔金(jin)屬(shu)或(huo)(huo)非(fei)金(jin)屬(shu)化合(he)物。涂(tu)(tu)層作(zuo)為(wei)一個化學屏障和(he)(he)熱屏障，減少(shao)了(le)刀(dao)具(ju)與工件間(jian)的擴散和(he)(he)化學反(fan)應(ying)，從而減少(shao)了(le)刀(dao)具(ju)磨(mo)(mo)損。涂(tu)(tu)層刀(dao)具(ju)具(ju)有表面硬度(du)高、耐(nai)磨(mo)(mo)性好、化學性能穩(wen)定、耐(nai)熱耐(nai)氧(yang)化、摩(mo)擦因數小和(he)(he)熱導率低等特性。

經過涂(tu)層之后的鉆頭加工(gong)數量(liang)有了(le)明顯提升，單件成本(ben)大大降低。

硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)硬(ying)度(du)與(yu)強(qiang)度(du)，不(bu)(bu)僅(jin)和(he)碳化鎢與(yu)鈷的(de)(de)配比(bi)有(you)關(guan)，也(ye)與(yu)粉末的(de)(de)顆粒有(you)關(guan)。超微細顆粒的(de)(de)硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭(tou)，其碳化鎢相晶粒的(de)(de)平均尺寸在(zai)(zai)1微米以下。這種鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭(tou)，不(bu)(bu)僅(jin)硬(ying)度(du)高而且抗壓和(he)抗彎強(qiang)度(du)都提高了(le)(le)。為了(le)(le)節省成本現(xian)在(zai)(zai)許多鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭(tou)采用(yong)焊接柄結構，原來的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭(tou)為整體都是(shi)硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)，現(xian)在(zai)(zai)后部的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柄采用(yong)了(le)(le)不(bu)(bu)銹鋼，成本大大下降但是(shi)由(you)于(yu)采用(yong)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)材(cai)質(zhi)(zhi)其動態(tai)的(de)(de)同(tong)心度(du)不(bu)(bu)及整體硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭(tou)，特別在(zai)(zai)小(xiao)直徑方(fang)面(mian)。