空心鉆頭的設計對切削性能的影響分析

空心鉆頭是一種較適合便攜式工具使用的孔加工機床刀具。但由于空心鉆頭的制造工藝比較復雜，且不能加工盲孔，因此在金屬切削加工中使用并不普遍，通常只在加工一些大直徑或貴金屬工件的通孔或鉆孔設備功率受到限制時才使用。由于空心鉆頭沒有標準定型產品，因此大部分用于特殊材料加工的空心鉆頭均需自行研制。

　　我們曾為用戶研制一種用于加工難加工材料的專用空心鉆頭。被加工材料代號U-Mn，主要化學成分包括：碳(0.56%～0.68%)、錳(1.35%～1.65%)、硅(0.2%～0.35%)等；材料抗拉強度≥882N/mm2，硬度及耐磨性均較高。該鉆頭用于在厚17mm的材料上加工?30+0.5mm通孔，便攜式鉆機功率<1000W，要求鉆頭壽命>30min，鉆頭材料為W6Mo5Gr4V2。在研制該空心鉆頭過程中，通過反復調整鉆頭的設計參數，并進行鉆孔試驗，Z后確定鉆頭幾何參數為：前角g=12°，后角a=9°，副后角a1=3°。

　　下面就空心鉆頭的設計對切削性能的影響作一簡要分析。

　　1、前角變化對鉆頭切削性能的影響

　　前角對切削力的影響

　　前角的變化會影響切屑材料的變形程度，從而使切削力發生變化。切屑變形越大，切削力越大；切屑變形越小，切削力越小。當前角在0°～15°范圍內變化時，切削力修正系數的變化范圍為1.18～1。

　　前角對鉆頭耐用度的影響

　　增大鉆頭前角時，會使刀尖強度和散熱體積減小，同時會影響刀尖受力情況。當前角為正值時，刀尖受拉應力；當前角為負值時，刀尖受壓應力。如選用的前角過大，雖可增加鉆頭鋒利度，減小切削力，但刀尖所受拉應力較大，刀尖強度降低，容易折斷。在切削試驗中許多鉆頭均因前角過大而損壞。但是，由于被加工材料硬度和強度較高，加之便攜式鉆機的主軸及整機剛性較低，如選用的前角過小，鉆孔時切削力的增大會使主軸產生振動，加工表面出現明顯振紋，鉆頭耐用度也會降低。

　　2、后角變化對鉆頭切削性能的影響

　　增大后角可減小后刀面與切削材料間的摩擦，減小已加工表面的擠壓變形。但如后角過大，則會降低刀刃強度和散熱能力。

　　后角的大小直接影響鉆頭耐用度。在鉆孔過程中，鉆頭的主要磨損形式為機械擦傷和相變磨損?？紤]機械擦傷磨損，當切削壽命一定時，后角越大，可用切削時間越長；考慮相變磨損，后角增大會使鉆頭散熱能力降低。鉆頭磨損后，隨著后刀面磨損帶的逐漸加寬，切削功率逐漸加大，摩擦產生的熱量會逐漸增加，使鉆頭溫度升高，當溫度升高到鉆頭相變溫度后，鉆頭將出現快速磨損。

   　隨著全球工業技術的不斷發展，各個領域對一些重要零部件材料的機械性能和力學性能（如強度、硬度、耐熱性、抗磨性、抗拉強度和抗壓強度等）的要求也在不斷提高, 特別是航空領域。航空產品的不斷升級，尤其是各種難加工材料的使用，對金屬切削刀具及技術提出了更高的要求, 難加工材料在人類各個領域的應用越來越廣泛。由于機械零部件設計具有力求體積緊湊、負重減小等要求，使得當今大量零部件的結構怪異、形狀復雜、型面多樣。高科技新型難加工材料的不斷推出，雖然滿足了機械零部件的高剛性、高強度、高密度和重量輕、體積小等設計要求，但是同時給后續的機械制造可加工性帶來了新的難題。如果仍然采用傳統材料的加工工藝、加工方法和加工刀具，無論是在加工效率還是加工質量上都會大打折扣，且無法保證較低的加工成本。

      眾所周知，金屬切削加工中，切削刀具與被加工零件材料之間是相互對立而又相互聯系的, 如果任何一方有了新的突破和創新，就會迫使另外一方獲得更新的發展。新的材料需要有更新的刀具和更新的方法來實現對其高效加工。為了應對和適應機械領域難加工材料不斷增多的狀況并滿足對其加工性能、加工效率和加工精度等方面的要求，目前全球刀具界都在不斷改進各自的刀片基體、幾何角度、涂層技術和難加工材料的加工方法，以滿足難加工材料零件的高效加工的要求，這在航空航天領域顯得更為緊迫。