加工不銹鋼硬質(zhì)合金群鉆鉆尖的試驗(yàn)研究

李夢(mèng)龍，王 蔓，張 偉，賀鳳寶，胡建忠

（大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，大連 116034）

加工不銹鋼硬質(zhì)合金群鉆鉆尖的試驗(yàn)研究

李夢(mèng)龍，王 蔓，張 偉，賀鳳寶，胡建忠

（大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，大連 116034）

0 引言

群鉆是在普通麻花鉆的鉆尖基礎(chǔ)上，磨出兩個(gè)對(duì)稱的月牙形圓弧槽，形成鉆心退縮，從垂直于鉆頭軸線可看到三尖“W”刃形；再進(jìn)一步修磨，減窄橫刃，修出油隙面和兩條較鋒利的內(nèi)刃。對(duì)于直徑較大（d＞15mm）的鉆頭，還在一側(cè)外刃上再磨出1―2條分屑槽[1]（如圖1所示）。群鉆的這種特殊刃形使其排屑效果明顯。

某公司在使用普通麻花鉆鉆不銹鋼時(shí)出現(xiàn)了斷屑不好，切屑纏刀、粘刀，崩刃現(xiàn)象，刀具磨損嚴(yán)重。為了解決斷屑問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了具有群鉆鉆尖的硬質(zhì)合金麻花鉆。而群鉆鉆尖傳統(tǒng)應(yīng)用于高速鋼麻花鉆，應(yīng)用在硬質(zhì)合金材料時(shí)原有的鉆尖參數(shù)已不再適用[2]。鑒于此本論文設(shè)計(jì)一種具有新的鉆尖參數(shù)的硬質(zhì)合金群鉆，使在加工不銹鋼時(shí)，可以起到良好的斷屑作用，提高刀具的使用壽命。不銹鋼（1Cr18Ni9）因?yàn)榱己玫木C合機(jī)械性能而被廣泛應(yīng)用，故對(duì)其進(jìn)行鉆削試驗(yàn)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

圖1 基本型群鉆鉆尖

1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用三支具有不同鉆尖參數(shù)的硬質(zhì)合金群鉆，直徑為φ10mm，槽長(zhǎng)60mm，總長(zhǎng)100mm。三支刀編號(hào)分別為1、2、3,三支刀變化的參數(shù)主要是尖高、圓弧半徑、外刃長(zhǎng)度和外刃峰角[3]，其鉆尖參數(shù)如表1所示。在較合理的切削參數(shù)下鉆削不銹鋼（1Cr18Ni9），并分析刀具斷屑和刀具磨損情況。

表1 三支群鉆鉆尖參數(shù)

2 對(duì)比試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 對(duì)比試驗(yàn)

在較合理的切削參數(shù)[4](進(jìn)給量0.25mm/r)下，用三支刀具分別以切削速度28.26m/min和34.54m/min，鉆削1Cr18Ni9，鉆孔深為30mm。試驗(yàn)用美國(guó)HASS VOP-D VF5型加工中心，采用澆注式乳化液冷卻，鉆削過(guò)程中用YDZ-II02壓電鉆削測(cè)力儀可測(cè)量軸向力和扭矩[5]，收集切屑，并對(duì)所得到的數(shù)據(jù)和切屑進(jìn)行分析，觀察刀具磨損。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 三支刀具軸向力、扭矩柱狀圖

將表2的數(shù)據(jù)繪制成直觀的柱狀圖（如圖2），從圖中可以看出，2號(hào)刀的最大軸向力和最大扭矩均為最小。1號(hào)刀外刃峰角最小，切削刃上各點(diǎn)的切削速度梯度最大，外緣處前角減小，外刃峰角小會(huì)使切削寬度增加，切削厚度減小，切削時(shí)所需的力會(huì)有所增加。另外1號(hào)刀的圓弧半徑較小，外刃與圓弧刃的交點(diǎn)B處刃尖角較小，散熱不好，也會(huì)增加軸向力和扭矩。而3號(hào)刀外刃峰角最大，切削刃長(zhǎng)度縮短最多，單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷增加，外緣轉(zhuǎn)點(diǎn)處刃尖角減小過(guò)多，刀具散熱條件差，也會(huì)使軸向力增加。再加上3號(hào)刀的圓弧半徑過(guò)大，圓弧過(guò)于平低，外刃與圓弧刃的交點(diǎn)B處刃尖角過(guò)大，使兩段切削刃的變形程度較小，相關(guān)聯(lián)程度較大，雖然增加了B點(diǎn)的強(qiáng)度，但對(duì)分屑作用影響較大，產(chǎn)生較寬的切屑，這種切屑變形所需的能量大，故使得扭矩值也變大。

三支刀在轉(zhuǎn)速為900r/min和1100r/min，切削速度為28.26m/min和34.54m/min，進(jìn)給量為0.25mm/r下，鉆孔所得的切屑如圖4所示。

圖4 切屑形狀圖

從圖中可以看到，切削參數(shù)為900r/min，0.25mm/r時(shí)三支刀的切屑較短，為海螺型切屑，其中2號(hào)刀切屑形狀最好，長(zhǎng)度最短；1100r/min，0.25mm/r時(shí)3號(hào)刀切屑最差，1號(hào)和2號(hào)相差不多，2號(hào)刀相對(duì)較短。三支刀都具有群鉆鉆尖，斷屑效果明顯，但由于三支刀鉆尖參數(shù)不同，造成切屑形狀有所差異。3號(hào)刀由于圓弧半徑過(guò)大，過(guò)于平低，使兩段切削刃的變形程度較小，相關(guān)聯(lián)程度較大，產(chǎn)生的切屑較寬。1號(hào)刀外刃較長(zhǎng)，外刃形成的切屑較寬，在斷屑難易程度上比2號(hào)刀難。

三支刀經(jīng)過(guò)刃口處理，每支刀在加工30個(gè)孔后，用刀具幾何參數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)量的鉆尖前刀面磨損情況，對(duì)比如圖3所示。

圖3 鉆尖前刀面磨損對(duì)比

從圖中可以看出，三支刀在內(nèi)刃前刀面部分都有燒黑現(xiàn)象，試驗(yàn)過(guò)程中采用澆注式切削液冷卻，效果不是很理想。不銹鋼在加工時(shí)因發(fā)熱嚴(yán)重，且切削液不能及時(shí)到達(dá)加工區(qū)域進(jìn)行冷卻，造成高溫下刀具燒傷，形成黑色表面。三支刀靠近主切削刃處磨損都不大，其中2號(hào)刀磨損最小，且2號(hào)刀無(wú)崩刃現(xiàn)象出現(xiàn)。而1號(hào)刀和3號(hào)刀外緣轉(zhuǎn)點(diǎn)處都有崩刃現(xiàn)象，因?yàn)?號(hào)刀的外刃峰角最大，外刃長(zhǎng)度最短，外緣轉(zhuǎn)點(diǎn)處的刀尖角最小，單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷大，刀具散熱條件不好，導(dǎo)致崩刃最嚴(yán)重。1號(hào)刀由于外刃長(zhǎng)度最長(zhǎng)，所受扭矩大，故其也有較嚴(yán)重的崩刃。

綜上分析可知：2號(hào)刀切削力較小，刀具磨損量小，切屑呈短海螺型，斷屑效果比較理想，2號(hào)刀切削性能最好。

3 結(jié)論

1）加工不銹鋼時(shí)群鉆鉆尖可以應(yīng)用在硬質(zhì)合金麻花鉆上，發(fā)揮了群鉆優(yōu)良的分屑、斷屑能力，并改善了切削刃的磨損情況。

2）加工1Cr18Ni9不銹鋼，2號(hào)刀的鉆尖幾何參數(shù)相對(duì)比較合理。切削力較小，刀具磨損量小，斷屑效果較為理想，切屑呈短海螺型。

3）本試驗(yàn)所用刀具在加工不銹鋼時(shí)采用澆注式切削液冷卻，效果不是很理想，可以改為內(nèi)冷式。

[1]倪志福,陳壁光.群鉆——倪志福鉆頭[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1999年9月:213-214.

[2]張波,張偉,張占陽(yáng).硬質(zhì)合金群鉆鉆尖的試驗(yàn)研究[J].工具技術(shù),2008,42(10):73-75.

[3]張占陽(yáng).硬質(zhì)合金高效鉆尖的試驗(yàn)研究[D].大連:大連輕工業(yè)學(xué)院,2006.

[4]景璐璐,李鑄宇,陳明,孫方宏,胡祖光,祝新發(fā),勵(lì)政偉,許輝.奧氏體不銹鋼鉆削變形系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,39(11):1746-1750.

[5]汲宏劍,張偉,宋寶良,李鑄宇.不同槽型的麻花鉆切削性能實(shí)驗(yàn)[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(3):226-228.

Experimental study for maching stainless steel solid carbide drill with multi-facet drill point

LI Meng-long, WANG Man, ZHANG Wei, HE Feng-bao, Hu Jian-zhong

針對(duì)不銹鋼材料的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了一種具有新的鉆尖參數(shù)的硬質(zhì)合金群鉆，在切削速度28.26m/min、34.54m/min和進(jìn)給量0.25mm/r下鉆削不銹鋼。試驗(yàn)表明加工不銹鋼時(shí)群鉆鉆尖可以應(yīng)用在硬質(zhì)合金麻花鉆上，充分發(fā)揮了群鉆優(yōu)良的分屑、斷屑能力，并改善了切削刃的磨損情況。

不銹鋼；硬質(zhì)合金；群鉆；鉆尖

李夢(mèng)龍（1988 -），河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事先進(jìn)制造工藝技術(shù)與裝備的研究。

TG713.1

A

1009-0134(2014)05(下)-0046-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.05(下).13

2013-11-30