工业设计钻孔工艺有哪些？关于钻孔工艺常识全面解析

 
工业设计钻孔工艺有哪些？关于钻孔工艺常识全面解析

在工业设计当中有这样一道常见的工艺，你是否了解过呢？不管是家具设计，还是数码产品设计，工业品产品设计，都是需要钻孔 的，钻孔的质量在于定位是否精确、孔位是否光洁。这样一道普通而且极其常见的工艺在工业设计当中无疑是占据着重要地位的， 对这样一个工艺你是否有充分的认识和了解呢？以家具设计来说，打孔是板式家具生产工艺中不可缺少的工艺，零件打孔工艺组织 是否合理，直接影响到生产效率和生产成本。下面优概念就为你揭晓工业设计钻孔工艺有哪些，以及行业内关于钻孔工艺常识的解析。

钻头作为孔加工中最为常见的刀具，被广泛应用于机械制造中，特别是对于冷却装置、发电设备的管板和蒸汽发生器等零件孔的加 工等，应用面尤为广泛和重要。

一、钻削的特点 钻头通常有两个主切削刃，加工时，钻头在回转的同时进行切削。钻头的前角由中心轴线至外缘越来越大，越接近外圆部分钻头的 切削速度越高，向中心切削速度递减，钻头的旋转中心切削速度为零。钻头的横刃位于回转中心轴线附近，横刃的副前角较大，无 容屑空间，切削速度低，因而会产生较大的轴向抗力。

如果将横刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型，中心轴线附近的切削刃为正前角，则可减小切削抗力，显著提高切削性能。 根据工件形状、材料、结构、功能等的不同，钻头可分为很多种类，例如高速钢钻头（麻花钻、群钻、扁钻）、整体硬质合金钻头、可转位浅孔钻、深孔钻、套料钻和可换头钻头等。

钻孔工艺特点：

1. 钻头容易偏斜。由于横刃的影响定心不准，切入时钻头容易引偏；且钻头的刚性和导向作用较差，切削时钻头容易弯曲。在钻床 上钻孔时，容易引起孔的轴线偏移和不直，但孔径无显著变化；在车床上钻孔时，容易引起孔径的变化，但孔的轴线仍然是直的。 因此，在钻孔前应先加工端面，并用钻头或中心钻预钻一个锥坑，以便钻头定心。钻小孔和深孔时，为了避免孔的轴线偏移和不 直，应尽可能采用工件回转方式进行钻孔。

2. 孔径容易扩大。钻削时钻头两切削刃径向力不等将引起孔径扩大；卧式车床钻孔时的切入引偏也是孔径扩大的重要原因；此外 钻头的径向跳动等也是造成孔径扩大的原因。

3. 孔的表面质量较差。钻削切屑较宽，在孔内被迫卷为螺旋状，流出时与孔壁发生摩擦而刮伤已加工表面。

4. 钻削时轴向力大。这主要是由钻头的横刃引起的。钻孔时50%的轴向力和15%的扭矩是由横刃产生的。因此，当钻孔直径d﹥ 30mm时，一般分两次进行钻削。第一次钻出(0.5~0.7)d，第二次钻到所需的孔径。由于横刃第二次不参加切削，故可采用较大的 进给量，使孔的表面质量和生产率均得到提高。

二、断屑与排屑

钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行，切屑必须经钻头刃沟排出，因此切屑形状对钻头的切削性能影响很大。常见的切屑形状有片 状屑、管状屑、针状屑、锥形螺旋屑、带状屑、扇形屑、粉状屑等。

钻削加工的关键–切屑控制

当切屑形状不适当时，将产生以下问题：

①细微切屑阻塞刃沟，影响钻孔精度，降低钻头寿命，甚至使钻头折断(如粉状屑、扇形屑等)；

②长切屑缠绕钻头，妨碍作业，引起钻头折损或阻碍切削液进入孔内(如螺旋屑、带状屑等)。

如何解决切屑形状不适当的问题：

①可分别或联合采用增大进给量、断续进给、修磨横刃、装断屑器等方法改善断屑和排屑效果，消除因切屑引起的问题。

②可使用专业的断屑钻头打孔。例如：在钻头的沟槽中增加设计的断屑刃将切屑打断成为更容易清除的碎屑。碎屑顺畅地沿着沟槽 排除，不会发生在沟槽内堵塞的现象。因而新型断屑钻获得了比传统钻头流畅许多的切削效果。

同时短碎的铁屑使冷却液更容易流至钻尖，进一步改善了加工过程中的散热效果和切削性能。而且因为新增的断屑刃穿了钻头的整个沟槽，经过多次修磨之后依然能够保持其形状和功能。除上述功能改善外，值得一提的是该设计强化了钻体的刚性，显著地增加 了单次修磨前钻孔的数量。

三、钻孔精度 孔的精度主要由孔径尺寸、位置精度、同轴度、圆度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素构成。

钻削加工时影响被加工孔精度的因素：

①钻头的装夹精度及切削条件，如刀夹、切削速度、进给量、切削液等；

②钻头尺寸及形状，如钻头长度、刃部形状、钻芯形状等；

③工件形状，如孔口侧面形状、孔口形状、厚度、装卡状态等。

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1. 扩孔 扩孔是由加工中钻头的摆动引起的。刀夹的摆动对孔径和孔的定位精度影响很大，因此当刀夹磨损严重时应及时更换新刀夹。钻削 小孔时，摆动的测量及调整均较困难，所以最好采用刃部与柄部同轴度较好的粗柄小刃径钻头。使用重磨钻头加工时，造成孔精度 下降的原因多是因为后面形状不对称所致。控制刃高差可有效抑制孔的切扩量。

2. 孔的圆度

由于钻头的振动，钻出的孔型很容易呈多边形，孔壁上出现像来复线的纹路。常见的多边形孔多为三角形或五边形。产生三角形孔 的原因是钻孔时钻头有两个回转中心，它们按每间隔600交换一次的频率振动，振动原因主要是切削抗力不平衡，当钻头转动一转 后，由于加工的孔圆度不好，造成第二转切削时抗力不平衡，再次重复上次的振动，但振动相位有一定偏移，造成在孔壁上出现来复线纹路。当钻孔深度达到一定程度后，钻头刃带棱面与孔壁的摩擦增大，振动衰减，来复线消失，圆度变好。这种孔型从纵向剖 面看孔口呈漏斗型。同样原因，切削中还可能出现五边形、七边形孔等。为消除该现象，除对夹头振动、切削刃高度差、后面及刃 瓣形状不对称等因素进行控制外，还应采取提高钻头刚性、提高每转进给量、减小后角、修磨横刃等措施。

3. 在斜面及曲面上钻孔

钻头的吃刀面或钻透面为斜面、曲面或阶梯时，定位精度较差，由于此时钻头为径向单面吃刀，使刀具寿命降低。 为提高定位精度，可采取以下措施：

a. 先钻中心孔；

b. 用立铣刀铣孔座；

c. 选用切入性好、刚性好的钻头；

d. 降低进给速度。

4. 毛刺的处理 钻削加工中，在孔的入口及出口处会出现毛刺，尤其是在加工韧性大的材料及薄板时。其原因是当钻头快要钻透时，被加工材料出 现塑性变形，这时本应由钻头靠近外缘部分刃口切削的三角形部分受轴向切削力作用后变形向外侧弯曲，并在钻头外缘倒角和刃带 棱面的作用下进一步卷曲，形成卷边或毛边。

四、钻削的加工条件

一般的钻头产品样册目录中有按加工材料排列的《基本切削用量参考表》，用户可参考其提供的切削用量选择钻削加工的切削条 件。切削条件的选择是否适当，应通过试切削，根据加工精度、加工效率、钻头寿命等因素综合判断。

1. 钻头寿命与加工效率

在满足被加工工件技术要求的前提下，钻头的使用是否得当，主要应根据钻头使用寿命和加工效率来综合衡量。钻头使用寿命的评 价指标可选用切削路程；加工效率的评价指标可选用进给速度。对于高速钢钻头，钻头使用寿命受回转速度的影响较大，受每转进 给量的影响较小，所以可通过增大每转进给量来提高加工效率，同时保证较长的钻头寿命。但应注意：如果每转进给量过大，切屑 会增厚，造成断屑困难，因此必须通过试切确定能顺利断屑的每转进给量范围。对于硬质合金钻头，切削刃负前角方向磨有较大倒 角，每转进给量的可选范围比高速钢钻头小，如加工中每转进给量超过该范围，会降低钻头使用寿命。由于硬质合金钻头的耐热性 高于高速钢钻头，回转速度对钻头寿命的影响甚微，因此可采用提高回转速度的方法来提高硬质合金钻头的加工效率，同时保证钻 头寿命。

2. 切削液的合理使用 钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行，因此切削液的种类及给注方式对钻头寿命及孔的加工精度有很大影响。切削液可分为水溶性 和非水溶性两大类。非水溶性切削液的润滑性、浸润性和抗粘接性较好，同时还具有防锈作用。水溶性切削液的冷却性较好，不发 烟和无可燃性。出于对环境保护的考虑，近年来水溶性切削液的使用量较大。但是，如果水溶性切削液的稀释倍率不当或切削液变 质，会大大缩短刀具使用寿命，所以使用中必须加以注意。不论是水溶性或非水溶性切削液，使用中都必须使切削液充分到达切削 点，同时对切削液的流量、压力、喷嘴数、冷却方式(内冷或外冷)等都必须严格控制。

五、钻头的重新刃磨

钻头重磨判别

钻头需重新刃磨的判别标准为：

1. 切削刃刃口、横刃、刃带棱面的磨损量；

2. 被加工孔的尺寸精度及表面粗糙度；

3. 切屑的颜色、形状；

4. 切削抗力(主轴电流、噪音、振动等间接值) ；

5. 加工数量等。

实际使用中应根据具体情况，从上述指标中确定准确、方便的判别标准。采用磨损量作为判别标准时，应找出经济性最好的最佳重 磨期。由于主要刃磨部位为头部后面和横刃，如钻头磨损量过大，刃磨耗时多，磨削量大，可重磨次数减少(刀具的总使用寿命=重 磨后的刀具寿命×可重磨次数)，反而会缩短钻头的总使用寿命；采用被加工孔的尺寸精度作为判别标准时，应用柱规或限规检查孔 的切扩量、不直度等，一旦超过控制值，应马上重新刃磨；采用切削抗力作为判别标准时，可采用超过所设界限值(如主轴电流)立即自动停机等办法；采用加工数量限度管理时，应综合上述判别内容，设定判别标准。

钻头的刃磨方法

重新刃磨钻头时，最好使用钻头刃磨专用机床或万能工具磨床，这对保证钻头使用寿命和加工精度非常重要。如原来的钻型加工状 态良好，可按原钻型重磨；如原钻型有缺陷，可按使用目的适当改进后面形状和进行横刃修磨。

刃磨时应注意以下几点：

1. 防止过热，避免降低钻头硬度；

2. 应将钻头上的损伤(尤其是刃带棱面部位的损伤)全部除去；

3. 钻型应对称；

4. 刃磨中注意不要碰伤刃口，并应除去刃磨后的毛刺；

5. 对于硬质合金钻头，刃磨形状对钻头性能影响很大，出厂时的钻型是经科学设计、反复试验得出的最佳钻型，因此重新刃磨时一 般应保持原刃型。

产品设计成本就是根据技术、工艺、装备、质量、性能、功用等方面的各种不同设计方案，核算和预测新产品在正式投产后可能达 到的不同成本水平，它是对新产品开发和老产品改造进行可行性分析的重要组成部分，目的在于论证产品设计的经济性、有效性和 可行性。作为产品设计师，熟悉和了解各种材料工艺常识对于产品最终成型打版上市无疑有着积极的推动作用