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[直槽鑽頭的特點與應用]
發布日期:[2017/3/2] 共閱[1049]次

直槽鑽頭的特點與應用
关于“螺旋槽钻头不可替代”的传统观念如今正被直槽鑽头的加工效能所颠覆。在某些加工场合,直槽鑽正成为比麻花钻更佳的刀具选择。
現代直槽鑽的“先驱”是模具钻头(die drills),这种钻头尺寸短、刚性好,钻尖结实,适合以较低的主轴转速和较小的进给率钻削加工硬钢質料,它的高强度和高刚性使其能够加工出直线度和圆度俱佳的孔。模具钻头之所以能取得好的加工效果,是因为设计钻头时所针对的加工質料通常是产生短切屑的金属。在直槽鑽头的加工应用中,切屑控制仍然是一个关键问题。直槽鑽只有在加工那些不会产生长卷须状切屑的質料时才華获得最佳效果,这些質料包括铸铁、粉末合金(P/M)、中-高硅含量(6%或更高)硅铝合金等。
可是,随着机床技术、冷却液输送技术以及刀具几何形状设计的进步,直槽鑽的加工应用范围正在不断扩展。传统的思维方法认为钻头的螺旋槽对于排屑来说是必不可少的,直槽鑽只能用于在铝和铸铁上钻削孔深为2D~3D(D为孔径)的浅孔。但如今开发的高压冷却系统和更高的机床主轴转速,使得采用内冷却的直槽鑽的断屑和排屑性能大大提高。
在条件适宜的加工场合,直槽鑽头可表现出远远优于螺旋槽钻头的良好加工性能。直槽鑽头的优势是能够加工出圆度和直线度较高的孔,並且其切削速度比标准的钴或高速钢钻头更快。例如,用直径0.394″(φ10mm)的Guhring RT150GG直槽鑽替代麻花钻加工铝件时,麻花钻的切削速度为50sfm(15m/min),进给量为0.005ipr(0.127mm/r);而直槽鑽的切削速度可达800sfm(245m/min),进给量达0.007ipr(0.178mm/r)。直槽鑽所用切削时间仅为麻花钻的1/10。
直槽鑽能显著提高加工效率的部分原因是基于钻头的基本设计——直槽为切屑排出孔外提供了一个直接通道。可是,由于直槽鑽头的切削刃缺少一个正前角,因此它的卷屑和断屑能力很差,在加工延展性较好的質料时尤其如此。
切削速度(特别是足够高的切削速度)是樂成应用直槽鑽的另一个因素。切削速度越快,形成的切屑就越小。直槽鑽正是通过较快的主轴转速而不是较高的进给率来达到高生产率的。
许多尊龙凯时人生就是搏、高钻进率的麻花钻头在切削刃上都有相当大的倒棱,这就要求钻头进入事情的进给量应超过切削刃的倒棱尺寸,从而使切削刃能够对工件質料进行切削而不可是推挤它。对于某些加工应用及被加工質料,麻花钻的切削刃倒棱事情状态良好,而这些麻花钻通常是以高于直槽鑽的进给率和低于直槽鑽的切削速度进行钻削的。
以汽車制造商Saturn公司的鑽削加工爲例。該公司所用鑽頭以前采用約莫500sfm(150m/min)的切削速度進行加工。厥後他們決定做一下切削試驗,想確定這些鑽頭究竟能以多高的轉速進行加工。結果他們發明,當轉速提高後,刀具壽命延長,加工周期縮短,排屑效率提高。使用未塗層整體硬質合金鑽頭加工時,切削速度能夠抵達1000sfm(300m/min),同時刀具壽命和孔的質量均有顯著提高。
通过采用合理组合的冷却液压力和切削速度,直槽鑽也能有效加工那些并非一定产生短切屑的工件質料。例如,用直槽鑽加工1144耐应力钢的效果就很是好,断屑顺利且切屑细小,也未形成积屑瘤。加工所用钻头为H.A.M.Precision公司的294-0500非涂层内冷却直槽鑽头(直径φ5mm),钻孔深度为48mm,切削速度为185sfm(63m/min),进给量为0.003ipr(0.076mm/r),冷却液压力为1500psi。1144合金中硫化锰的含量较高,有利于断屑。但要樂成加工这种質料,需要采用很高的冷却液压力(经验標明,冷却液压力应在600psi以上,最好采用1000psi、1200psi或更高的压力)。
对于直槽鑽,除了切屑控制以外,积屑瘤也可能成为一个问题。这是因为被切除的工件質料从直槽鑽中心排出时要经过切削刃,并被推向钻头的钻尖。制止产生积屑瘤的要領之一是使用外貌平滑、光洁度高的钻头;使用涂层钻头也有助于避免产生积屑瘤,如广泛用于铝加工的二硫化钼(MoS2)涂层就具有与特氟龙(Teflon)类似的特性,不易与其它物质发生粘结,在需要避免产生积屑瘤的加工场合使用这种涂层钻头效果极佳。
直槽鑽的钻尖结构使其可在每条直槽的外缘处刃磨出2条刃带,由于钻头与工件有4个接触点,钻头在加工中更为稳定,从而可以提高加工精度。
直槽鑽头采用的大顶角也有助于改善其加工性能。例如,H.A.M.Precision公司的标准直槽鑽头采用140°顶角,类似于一个分离式钻顶,这种结构可以很是小的推挤力钻入孔中。別的,大顶角还可确保钻头的整个直径与工件質料快速接合,使钻头“跑偏”的可能降至最小。
在许多加工情况下,最好先用一个其顶角大于硬质合金直槽鑽头顶角的导向钻头(中心钻)加工出一个起始孔(预孔),这样,就可以保证正式加工时直槽鑽头的钻尖中心(横刃)首先进入预孔,以制止因脆性较大的硬质合金切削刃首先与工件接触而引起崩刃。使用直槽鑽加工的另一个戰略是在开始钻削前先简单地确定孔位,因为縱然是已经过加工的工件外貌也可能保存缺陷,操作者只需用钻头接触一下预孔以确定其位置。只要由钻头横刃首先接触工件,钻头就不会“跑偏”,定位孔可以起到类似钻套的作用。
用三种差別钻头在铸铁質料上加工φ10mm孔时所测得的孔的直线度標明:高速钢螺旋槽钻头采用的切削速度为98sfm(30m/min),进给量为7.66ipm(195mm/min),采用外部冷却方法,孔的加工质量达到IT12级;整体硬质合金螺旋槽钻头采用的切削速度为295sfm(90m/min),进给量为34.5ipm(876mm/min),采用冷却液压力为440psi/2.4-gpm的内冷却方法,孔的加工质量达到IT9级;直槽鑽头采用的切削速度为425sfm(130m/min),进给量为33.3ipm(845mm/min),采用冷却液压力为735psi/3.2-gpm的内冷却方法,孔的加工质量达到IT8级。
许多人将所有的直槽鑽都称为“G钻”,但这并不确切,实际上“G钻”只是Accuromm USA Int.公司生产的某一类直槽鑽的商标名称,这种钻头的尾部外缘可对孔壁起到挤光作用。
比較種種孔加工刀具可抵達的孔壁光潔度,一般來說,高速鋼鑽頭約爲125-rms,硬質合金螺旋槽高效鑽頭約在63-rms以內,三槽鉸刀約爲32-rms以內,而G鑽則可抵達16-rms或更小,已抵達精加工的光潔度水平。
爲了加工差別質量水平的孔,Accuromm公司設計了差別的鑽頭,該公司的G鑽一般可以滿足H9級公差標准的孔加工要求,而該公司的G-7鑽頭則集鑽削與鉸削功效于一身,可以滿足H7級公差的加工要求。例如,Accuromm公司列舉了一個用直槽G鑽取代麻花鑽在鋁質料上鑽孔的加工實例,G鑽的直徑爲0.394″(φ10mm),采用的切削速度爲330ft./min(100m/min),進給量爲0.008ipr(0.20mm/r),結果標明,孔加工精度顯著提高,孔徑誤差由原來的±0.0032″(0.08mm)減小到±0.0012″(0.03mm)。在相同的切削參數下,如用G-7鑽頭加工,孔徑誤差還可減小至±0.0008″(0.02mm)。
由于直槽鑽的鑽孔質量較高,對于其它孔加工工序也大有裨益。Accuromm公司指出,如果需對直槽鑽頭加工的孔進行攻絲,其優良的尺寸精度可使絲錐壽命提高約50%。
切削刀具性能的提高几乎总是要求其加工对象的范围更窄。虽然直槽鑽还远远算不上是一种通用刀具,但其使用范围却在不断扩大。直槽鑽的推广应用可在提高加工效率和改善工件质量两方面获得十分显著的效益。
H.A.M.Precision公司生産的一種整體硬質合金直槽階梯鑽“Muilt-Drill”采用了TiAlN塗層和內冷卻通道設計,適用于在短切屑鋁合金質料上進行鑽孔、階梯孔和倒角加工。
Competitive Carbide Int.公司生产的“Insatiable G-Spot”专用复合刀具将该公司的G-Spot直槽鑽与内腔铣刀结合为一体,用一把刀具即可完成对工件几何结构的多种加工。该刀具一共可以完成9种加工操作,包括钻孔、外径(OD)倒角和锪孔、内径(ID)倒角和锪孔、外径车削(螺纹工件的预加工)等。由于刀具与工件之间的接触面积大,加上钻头外径与工件为4点接触,因此这种两件套的刀具有助于堅持工件位置稳定,即可对工件起到额外夹紧作用。由于直槽鑽头有2条刃带,该刀具不仅可以钻孔,还可以对孔起到挤光作用。这就意味着加工出的孔光洁度更高,直线度更好,与切削刃仅有1条刃带的传统钻头相比,可以更好地满足对孔的特定尺寸要求。使用Insatiable G-Spot复合刀具至少可以取代3~4种刀具,即如果用原来的刀具加工,需要3次换刀,完成4种加工操作。因此,这种多功效复合刀具的使用,对于提高加工效率、缩短加工时间大有裨益。

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