高效复合中心钻的设计与应用
2014-1-18 来源：陕西法士特齿轮有限公司 作者：唐永鹏
我公司加工生产的中间轴类零件端面有一种复合中心孔， 其作用是为后序加工用做定位基准和装配用的螺纹孔。原加工方法生产效率低， 烧刀问题严重， 精度难以保证， 机床工时费用高， 不能充分发挥机床效能等问题。近年来笔者针对加工材料为20CrMnTi （ 8620H） ,硬度为197 ~200HBW 轴类产品复杂的中心孔， 摸索设计出了高效的复合中心钻， 有效地解决了此类问题。
1. 原刀具存在的缺陷
此轴类工件如图1 所示。孔口60°倒角起着轴类产品各道工序加工定位基准的作用， 孔精度直接影响轴的后序加工质量，尤其对于弯曲及表面有缺陷的轴类毛坯件是至关重要的， 关系到该工件是否有合适的加工余量。并且在加工中孔口倒角、台阶孔、螺纹底孔必须保证同心度要求， 轴端面中心孔对轴在变速箱中安装都很重要。
图1 制件截形示意图
原加工方法分两道工序完成， 一是先用图2 所示中心钻一次加工出孔口60°的倒角（ 用于轴后序加工的定位基准） 和？？17mm 台阶孔； 第二道工序用钻头加工??14. 5mm 螺纹底孔。分两道工序加工存在如下问题： 第一道工序， 刀具加工出现断屑困难， 切屑容易缠绕在中心钻60°的护锥处， 影响了切削液流入钻头部位， 切削区温度高， 很容易使钻头出现过热， 并很快磨损， 大大地降低了钻头的寿命。且切屑易刮伤已加工表面， 造成孔口倒角表面粗糙度值大， 直接影响定位基准精度要求。第二道工序， 是用麻花钻加工出？？14. 5mm 的孔，容易出现孔钻偏现象， 难以满足孔同心度要求。
图2
两道工序存在时间长， 刀具损耗大， 机床工时费用高， 不能使机床发挥最大效能的缺陷。尤其是在市场形势一片大好， 产品供不应求的情况下是不可取的， 这就需要探索更科学更合理的加工刀具简化工序， 淘汰不科学的加工方法。
2. 高效复合中心钻的设计
高效复合中心钻加工分三部分， 如图3 所示， 前刃部是采用两刃式麻花钻头， 中间刃部是加工台阶孔刃部， 后刃部是加工孔口倒角刃部。
由于该中心钻有以下设计特点， 从而解决了以上述存在的缺陷。
图3 高效复合中心钻
1. 麻花钻头2. 台阶孔刃3. 孔口倒角刃
（ 1） 中心钻槽形采用两种25°~30°的螺旋槽形式，E 槽和F 槽有利于排出切屑均制成螺旋曲面。切削刃分别分布在两种容屑槽上， 提高了螺旋槽的锋利程度。14. 5mm 钻头前刀面B 面在F 螺旋槽上， 17mm 台阶孔切削刃C 面和60°的护锥切削刃A 面均在F 螺旋槽上。在初期试制时这两处的前刀面都在F 槽上（ 见实物图4） , 便出现了两处切削部分排出的切屑发生干扰而杂乱的堆积在60°的护锥处， 烧坏切削刃， 大大降低了刀具的使用寿命。通过多次试制改进中心钻结构， 采用了E 槽和F 槽的形式后， 排屑流畅， 解决了烧刀问题。
（ 2） 中心钻头部设计成麻花钻头的形式， 为了保持钻头强度和刚度， 钻头两主切削刃不通过钻头中心，而是互相平行并错开而形成横刃。不但提高了加工效率和减少工序， 而且也大大地提高了中心钻的锋利程度，减少了加工过程中钻头与工件之间的摩擦力， 延长了刀具的使用寿命。
图4
（ 3） 在钻头的后刀面处磨出二次后角面， 非常有利于断屑（ 见图3 所示D 面） .特殊的槽形可提高刀具的刚性， 可以改善切削状况， 也有利于排出切屑。为了保护主切削刃， 在切削刃上磨出倒棱， 增加另一个倒棱保护钻头转角和副切削刃。用特殊的结构和切削刃几何角度的钻头加工， 有利于排出碎状切屑。如果不断屑就会出现排屑不利， 从钻头F 容屑槽里出来长的切屑与中心钻护锥刃产生的切屑容易发生干扰， 杂乱缠绕在中心钻的护锥处， 易烧坏护锥处的刃口， 降低刀具的使用寿命， 大大降低加工精度。
（ 4） 轴端面中心孔一次加工出来， 简化了工序，保证了中心孔的同心度要求， 提高机床利用率， 很大程度上降低了加工成本和刀具费用， 提高了生产效率。
3. 高效中心钻的合理使用
中心钻在使用过程中要根据所加工的工件材料、硬度等实际情况， 合理选择钻头的几何参数和钻削用量。
要控制在加工过程中刃口出现过热现象， 切削速度不可过高， 要提高润滑和充分冷却效果。加工一定数量的工件后， 要及时刃磨， 确保钻头锋利， 不能使钻头过度磨损， 以防烧坏切削刃而严重地影响钻头的寿命和加工孔的表面粗糙度。
合理刃磨钻头对中心钻的寿命有很大的影响， 这种新型中心钻其前端钻头相对其他部分刃口磨损较快。刃磨时注意： ①提高刀具刃磨质量， 保证各刀面有低的表面粗糙度值， 一般要求Ra = 0. 4μm, 这样可以减小切屑与前刀面和工件与刀具间的摩擦， 保证生产效率和提高刀具寿命的有效措施。②刃磨刃口还必须将后刀面磨出一个大后角（ 8°~12°） , 否则就会出现钻头中心钻各后刀面与工件严重摩擦和抗刀， 不利于切削。③钻头主要刃磨两个主后刀面， 刃磨时除了保证顶角和后角的大小合适， 还应保证两条主切削刃对称， 以防止孔径扩大和孔轴线不直， 容易出现孔钻偏。④修磨横刃一般保证在0. 50 ~1mm, 以减小轴向抗力和挤刮现象， 提高钻头的定心作用和切削的稳定性。⑤该中心钻在使用中主要是断屑， 根据实践所得刃磨钻头保证横刃长0. 50 ~1mm时， 在钻头后刀面磨出6°~8°的二次后角D 面（ 见图3） .两个后角面相交便出现一条棱边， 断屑效果十分理想， 便于断屑后的碎切屑在切削液的冲击下很容易从螺旋槽里排出来， 避免了切屑杂乱卷绕在刀具上， 以防止切屑堵塞而影响正常加工。
4. 结语
上述高效率复合中心钻结构设计及其合理使用的方法， 都是结合实践不断试制、不断探索、不断积累经验所得。有效地保证中心孔精度要求， 提高了产品的质量和加工效率。不但提高了机床的利用率， 而且提高了刀具寿命， 降低了刀具的损耗和刀具成本。
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