【山东天河数控 摇臂钻床】解析！摇臂钻床摇臂钻床钻头对高温合金实心钻孔的研究 （1）摇臂钻床钻头基本结构及要求：对镍基高温合金类难加工材料进行实心钻削加工时，常用刀具有整体摇臂钻床钻头、机夹钻。机夹钻包括机夹深孔钻(如机夹扁钻、可转位深孔钻)和可转位浅孔钻(用于加工长径比小于5的实心孔)。整体摇臂钻床钻头包括硬质合金摇臂钻床钻头和高速钢摇臂钻床钻头，φ20以下的孔推荐使用整体硬质合金钻。使用整体硬质合金钻要求机床有足够的进给精度、回转精度和刚性。普通镗铣床及钻床主轴跳动一般超过0.05毫米，不能满足硬质合金摇臂钻床钻头使用要求。摇臂钻床钻头应优先采用公差等级H6圆柱柄，并用精密强力夹头或液压夹头装夹，以提高刀具系统精度。 关于整体硬质合金摇臂钻床钻头(以及焊接硬质合金钻)的刃磨，要求有数控刀具磨床及相关修磨软件，如果企业没有修磨条件，可以优先推荐使用高速钢摇臂钻床钻头加工高温合金。 钻削高温合金，要求摇臂钻床钻头有更好精度，据有关资料介绍，一些航空航天加工厂钻削这类材料时要求其钻尖径向跳动不大于0.02毫米。摇臂钻床钻头的关键还是钻尖的结构，包括锋角、横刃宽度、前角以及钻尖的对称性。 增大锋角可减少刃屑接触长度，降低切削热，改善摇臂钻床钻头切削条件。高温合金摇臂钻床钻头的锋角推荐135°～140°。 摇臂钻床钻头横刃对钻削性能有非常大的影响，一般情况下，横刃处的钻削力可占整个摇臂钻床钻头切削力的60%左右，如果不对横刃进行适当的修磨处理，在钻削高温合金材料时，钻尖很快就会磨损烧伤。S形(国内叫十字形)修磨，就是为了加大横刃处前角，减少横刃的长度。未经修磨过的摇臂钻床钻头，横刃处前角为－30°左右，经“十字修磨”后横刃处前角大于－15°。这是降低摇臂钻床钻头扭矩和切削热的有效途径，这对延长刀具寿命和提高切削条件十分有利。国内外开发的许多新型摇臂钻床钻头产品，其横刃均有此特点。 钻削高温合金孔的钻尖要有足够的对称性，这是控制孔尺寸和位置精度的必要条件。采用机磨是控制摇臂钻床钻头锋角、横刃对称性的最好办法。 （2）钻孔冷却方式：为了便于排屑，市场上推出了内冷孔摇臂钻床钻头，可供给充足的水溶性冷却液或雾状冷却剂等，使排屑变得更为顺畅，这种方式对切削刃的冷却效果也很理想。但该摇臂钻床钻头要求机床具有内冷系统，或者有外冷转内冷机构。同时，该类摇臂钻床钻头的刀具成本高，而且刀具修磨一般要求在刀具刃磨中心上重磨。 在一般情况下，钻削可以采用外冷方式。加工高温合金有效的冷却是必不可少的，水基切削液是冷却效果最好的切削液。为了改善实心钻孔的冷却条件，喷液嘴应尽量接近摇臂钻床钻头入口处，并与摇臂钻床钻头轴线夹角小于30°，喷液方向尽量与摇臂钻床钻头螺旋沟槽方向一致。 （3）高速钢麻花钻：高速钢麻花钻是低速加工高温合金的传统刀具，其优点是容易手工修磨，刀具材料韧性好，对机床的要求相对较低。下面是用高速钢麻花钻加工高温合金孔的实例： 工件材料：GH901；机床：数控落地镗床TK6513，机床功率30KW；摇臂钻床钻头：普通HSS麻花钻，锋角140°，横刃修磨要窄0.2mm；摇臂钻床钻头尺寸：φ12.3×80；切削用量：Vc=3.864m/min，fn=0.06mm/r；冷却条件：外冷，马斯特水基切削液，每钻进3mm立即退刀，防止钻刃空转与孔底反复挤压磨擦而增加高温合金材料的加工硬化层厚度，钻尖全部退出，其目的是对摇臂钻床钻头及孔内进行冷却，提高切削液冷却效果，改善排屑条件。一个孔加工时间：17分钟；刀具磨损：锋刃有较轻微的磨损；加工效果：孔的直线度、表面粗糙度均达到了预钻孔要求 （4）可转位浅孔钻 可转位浅孔钻是带可转位硬质合金刀片的高效钻孔刀具，其钻孔效率是普通摇臂钻床钻头的4倍以上。东汽最早在贝拉尔蒂数控镗床上用于加工普通钢材料法兰面螺栓孔，目前已在常用钢材加工中广泛使用。通过试验该摇臂钻床钻头也能用于高温合金阀杆的钻削加工，但要求刀具有如下结构特点：①刀片要有较锋利的切削刃，以降低钻削力；②刀片断屑槽要合理，减少切屑的过分卷曲变形带来的大量切削热；③根据机床功率选用合适的刀具直径；④选择合适的刀具长径比，尽量增加刀具系统刚性。 现以高温合金轴类零件φ71×240径向孔加工为例进行分析。 ①浅孔钻的选择：与整体钻和硬质合金焊接钻相比，浅孔钻的切削力较大，在选择时要考虑系统刚性和机床功率等基础问题。为了满足高温合金对摇臂钻床钻头的要求，首先选择刚性较好的3倍径浅孔钻。另外经试验，摇臂钻床钻头直径选择φ68时，切削消耗功率接近TK6513数控落地镗床的额定功率30KW。为此，结合现有资源，选择了φ58的浅孔钻。具体规格如下：摇臂钻床钻头规格：φ58×174；刀片型号：P28479-7 WAP35 ②切削用量的选择：如前所述，高温合金材料的切削加工性很差，在加工中的切削用量要比加工普通材料低得多，如在车削GH901阀杆时切削用量仅为Vc=25m/min，fn=0.15mm/r，ap=2mm。而高温合金实心孔的钻削难度更是高于一般车削加工。另外，实心钻削加工刀具排屑空间很有限，还需要考虑排屑的状态。试验表明，“C”型屑有利于排屑，较合理的切削用量如下(摇臂钻床钻头半径为29mm)：Vc≤20m/min，fn=0.1mm/r。 ③钻削方法：因机床无内冷系统，切屑无法及时排出。为克服该问题，减少切屑对刀具寿命的影响，同麻花钻钻孔情况相同，需采用间隙进给方式，即每钻5毫米深度立即退刀，以防止钻刃空转与孔底反复挤压磨擦而增加高温合金材料的加工硬化层厚度，钻尖要全部退出，其目的是对摇臂钻床钻头及孔内进行冷却，提高切削液冷却效果，改善排屑条件。 因摇臂钻床钻头有效钻削深度不够，加工中采用了分头钻削方式，即先从一端钻至摇臂钻床钻头工作深度，再调头从另一端钻削接通。 ④柱面钻孔前要求：在圆柱面上直接钻径向孔，与在斜面上钻孔一样，会使摇臂钻床钻头偏斜，影响孔的位置和尺寸精度。因此在钻孔前必须首先用大于摇臂钻床钻头直径80%、小于孔最终直径的铣刀铣削出一个平面，保证摇臂钻床钻头轴线垂直于被钻孔表面。浅孔钻就不会偏斜中心，以保证钻出的底孔位置正确。
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