群钻的各种钻型（3）

第七节  钻淬硬钢和高强度钢

一、问题的提出

    这里所说的硬钢材是指经过热处理后，其硬度达到HRC38～43，或在零件表面经过渗碳、氰化、镀铬有一层很薄的表面硬化层的一般结构钢，或弹簧钢和工具钢；以及其他逆磁钢(如50Mn18Cr4)、轴承钢、耐热钢和特种钢等难加工材料。这些材料，如用普通高速钢麻花钻来钻孔，钻头的耐用度很低，钻刃磨损很快，有时甚至只能钻进一个窝，就会发出叫声，出现严重的烧损。

针对材料切削负荷大的特点，如何提高刀具的切削性能，成了一个关键问题。主要的还是从改进刀具材料着手，如采用新型的超硬高速钢钻头，及硬质合金钻头(参看本章第六节和第三章第二节)等，潜力很大，效果也好。据报导：英国针对宇航发动机用的铬钼钒超高强度钢，强度100～130吨力/英寸2(1520～2000兆帕)，采用硬质合金刀片(MITIA)的机夹钻头结构，经多次比较试验，用3/4钻头选定锋角2ψ=130°，结构轴向前角γc=15°和后角αc=8°，转速n=355转/分，进给量f=0.06毫米/转，取得了良好的效果，钻孔光洁度好，排屑顺利，且耐用度较高。同时，也不放松对现有钻头切削部分的改进。只要我们从实际出发，在改进钻头的切削角度上多动脑筋，也能使普通麻花钻的切削能力有所提高。

二、钻硬钢材群钻的特点和使用

以钻弹簧钢65Mn(HRC38～43)为例，根据表5-2可钻削性分级表可知，65Mn的分级指标为8、1、4、2。显见，其主要问题是硬度高，强度大，切削力大。可采用钻硬材料群钻来进行钻孔，参见图5-8。

这种钻型(如图5-8所示)是从53式基本型群钻的基础上演变来的。其特点是：

(1)外刃上磨出单边分屑槽，并适当减小它的前角。在钻硬钢材的生产实践中，仍应掌握“锐字当先，锐中求固”这一原则，即既注意钻刃的锐利性，又注意它的强固性。当实际切削中刀刃上的热负荷状态与刀具保持切削性能的温度范围相差较远时，应该敢于“锐字当先”，如果只顾保险，一味求固，那是偏于保守的作法。但是当在很低的切削用量下，钻刃上的热负荷状态已接近刀具所能承受的极限时，则应对刀刃的强固性给予充分的注意。

据此，在钻很硬的钢材时，适当减小钻头外刃部分的前角，以增强刃口的强固性，保持钻刃的切削能力，实为一项关键性措施。

当然，对于不同的硬钢材，其情况也不完全相同。有的材料硬而脆，宜略减小钻头的外刃前角；有的材料虽较硬，但塑性仍较高，切屑作用于刀具压力的作用点向后移，外刃的前角也可以不减小。总之，可以根据实际情况，灵活运用。

(2)根据同样道理，选用较小的锋角(2ψ=118°)和加大月牙槽圆弧半径，以增强切削刃外缘处和B点刃尖处的刀尖角，增加散热能力，降低热负荷。

(3)钻孔时要求系统刚性尽可能好，避免产生振动。为此，除选用刚性大的机床外，且应尽量选用短钻头。当工件刚性不足时，也应将钻孔部位的支承面妥善垫实。

(4)切削用量要小些，一般推荐切削速度v =2～5米/分为宜，进给量f=0.03～0.05毫米/转，或用手进刀。

(5)对于这种小进给、切削层薄的孔，钻削时应着重考虑切削液的润滑作用，最好采用切削油，特别是含有极压添加剂的切削油。例如：含磷的极压添加剂，具有良好的渗透性，易与金属产生吸附作用，且能与金属起化学反应，生成磷酸铁膜，有利于降低切削中的摩擦和减少刀具的磨损。一般最好不要用乳化液，因为少量的乳化液在切削刃与孔底之间显得很滑，不利于刀刃对薄切削层的切入。这样，反而不如干钻。

三、钻硬钢材群钻的特点口诀

钻硬钢材钻头短，    前角减小槽磨浅；

最好使用切削油，    慢转慢进能过关。

第八节  钻钛合金

一、问题的提出

钛合金是具有较大比强度的金属结构材料，它比重小(约钢的一半)，强度高(与合金结构钢相近)。并且有耐腐蚀、耐低温和高温强度高等特性。目前，已广泛应用于航空、宇航、造船、化工等工业中。钛合金是一种难加工材料，钻孔中硬化现象较严重，刀具磨损较快，尤其是α+β相钛合金(如TC4)的钻削加工性更差一些。  

二、钛合金的特点

通常按钛合金退火后的组织划分为：α相钛合金，β相钛合金和α+β相钛合金。

α相钛合金(如TA2工业纯钛等)属于单项组织的合金。它的特点是高温性能好，组织稳定，但不能进行热处理强化，故室温性能不高。且其具有中等塑性，导热系数也比α+β相钛合金的为高，故其钻削加工性尚可。

β相钛合金，也属于单相组织的合金，其特点是通过淬火时效处理，可获得很高的室温性能。 

α+β相钛合金(如TC4)是双相组织的合金。它有较高的室温和高温强度，如在400～500°C时，σb可达618～894兆帕(63～85公斤力/毫米²)，并有良好的韧性和塑性，可以进行热处理强化。TC4钛合金的切削特点有：

(1)切屑变形小  切屑的变形程度可用切屑变形系数来表示，从切削试验中可知，由于钛合金的塑性较低，切削时变形系数甚小，接近于1，甚至在较高切削速度v和较大进给量f时，可小于1。切屑在高温下与大气中的氧、氢、氮等结合形成脆化，因此切屑与前刀面的接触长度短，切削力作用于刀具上接近刃口。

(2)切削温度较高  由于导热系数甚小，相当于45钢的1/5～1/7，且切屑与前刀面的接触长度短，切削热易集中于切削刃较小的区间内，因此切削温度较高，加速了钻头的磨损。

(3)加工硬化现象较严重  但主要并不是由于钻孔过程中的切削变形，而是由于钛的亲和力强，不仅有较严重的粘刀现象，在高温下(＞650℃))钛还很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮，通常，硬化深度为0.1～0.15毫米，硬度提高20～30％，这样也相应地加剧了刀具的磨损。

 (4)钛合金的弹性系数E较小，约为钢的1/2，因此钻孔的收缩量较大，也影响到钻头的耐用度。

国外，为钛合金的钻孔设计了专用钻头（ψ1.32～9.5毫米)，其特点是，钻芯厚度加大，修磨横刃，螺旋角为35°原始锋角2ψo=130°，并提高了刃沟表面的光洁度，据称取得较好的效果。

三、钻钛合金群钻的特点和使用

根据上述分析和可钻削性分级表(表5-2，见群钻的各种钻型三)，知TC4的分级指标为7、1、8、3。应该指出，第Ⅰ、Ⅲ项指标高，笫Ⅳ项也高于碳钢，选用的钻型(参见图5-9)正是针对这些特点设计的。

(1)由于材料弹性变形较大，孔形易于收缩，故将钻心尖稍磨偏，偏心值θψ＝0.2～0.3毫米，以适当加大孔的扩张量；并加大主切削刃的后角，减窄刃带宽度，以减小钻头与孔壁、孔底的摩擦。为了控制钻孔精度，则将钻尖高h适当加大，并减小内刃锋角2Φτ，以利于定心。

(2)由于刃带上的粘刀现象较重，因此在外缘转角处磨出小锋角的过渡修光刃，并使刃带（副后刀面）减窄，后角加大，使刃口锋利，同时加大刀尖角εγ，改善散热条件，以避免粘刀现象的发生。

(3)根据材料硬度高，切屑不易巷曲，切削负荷集中子刃口的情况，适当减小主刃的前角．以保持刃口具有一定的强度。并将前后刀面鐾光，提高刃面光洁度。

四、钻钛合金群钻的特点口诀

钛合金孔易收缩，冷硬、粘刀、积热多，

前角稍小后角大，心偏、尖高、小锋角。

第九节  钻 纯 铜

一、问题的提出

紫铜通常包括纯铜和无氧铜等。纯铜分为五种牌号T0～T4，常用的为T1～T3含铜（Cu）都在99%以上。表面呈玫瑰红色，有较高的导电、导热和抗腐蚀性能，电气工业常用来制造导电机件。

在纯铜上钻孔，常遇到的问题有：

(1)孔形不圆，成多角形，钻出的孔上部扩大。

(2)孔不光，孔壁有撕痕，有时出现螺线挤痕，出口出现毛刺。

(3)软的纯铜切屑不断，绕在钻头上，不安全；而且阻碍切削液流入孔中。

(4)有些硬化的纯铜切屑又较碎，此时孔也不容易光洁。

(5)钻头容易在孔中咬住。

二、纯铜的特点

(1)强度、硬度低，切削力小，产生的切削热也少，切削负荷不大。

(2)有很好的导热性，切削热大部分由工件和切屑很快地传出，因而传给钻头切削刃的热量少，温度较低，钻头的磨损小，不容易产生积屑瘤。

(3)工件(纯铜)传热快，钻头(高速钢)传热慢，切削时，由于工件线膨胀系数大，孔胀大很多，而且工件又比钻头冷得快，孔尺寸迅速回缩，所以容易使钻头咬死在孔中，尤其是在不加切削液时。

(4)纯铜的塑性(伸长率)和硬度，在毛坯的制造状态不同时有很大差别。如软纯铜伸长率达50%，而硬化了的纯铜只有4%，相差12倍。因此钻软纯铜时，切屑不容易断；而在已硬化的纯铜上钻孔时，恰恰相反，切屑却比较碎，在这种情况下我们又希望切屑能稍长一点。根据表5-2可钻削性分级表，知软纯铜的分级指标为0、7、0、3，而硬化了的纯铜分级指标为2、0、0、3。

已经冷作硬化的纯铜，可以用退火的方法来降低它的强度和硬度，并恢复它的塑性和韧性。

三、钻纯铜群钻的特点和使用

纯铜工件常要求钻出的孔具有较高的光洁度和精度，如光洁度▽4～▽6，精度H9～H10级。这时我们希望最好能用钻头直接钻出所要求的孔，因此孔的加工质量(光洁和精确)，成了问题的关键。

要想得到质量较好的孔，应注意钻孔中的许多环节，包括钻头的切削运动和定心要稳，振动小，不打抖；排屑要顺利，断屑要适当，不堵不挤；冷却要充足；孔壁的切削痕迹要小等。还应指出，当钻头刚切入工件时，切削运动和定心是否稳，即有无打抖现象，是否存在明显的振动，是否在孔底出现多棱的振纹等这些

都是非常重要的问题。它与群钻的钻芯部分密切相关，因此必须首先予以考虑。这是钻纯铜群钻的几何参数(参看图5-10，表5-11)的特点和设计依据。

(1)重要的是钻芯部分的形状要合适，以保证切削平稳，定心牢靠。其办法是：适当减小内刃锋角，2Φτ≈110～120°；加大钻尖高，h≈0.06d；内刃前角的负值要大些，γτC≈－20～－25°；圆弧后角减小，αRC≈10～12°，并加大横刃斜角，ψ≈90°，以得到较小的内刃切深方向后角αp。总而言之，钻芯部分尖一些，刃稍钝些，后角小一些，有利于定心、振动轻、不打抖，孔不出多角形。

(2)对直径d超过25毫米的钻头，外刃可磨分屑槽，便于排屑，而且可以进一步降低切削负荷。

(3)外刃锋角要适当，以利于排屑和改善光洁度，根据试验来看，2Φ＝118～122°较好。但当钻孔较深，孔光洁度要求不高时，则应加大锋角，改善排屑，参看第十二节铝合金的深孔钻孔。

(4)钻软纯铜，为了使切屑一段段地断开并顺利排出，应选用较大的进给量（f）。必要时可以在钻头的前面磨出负前角的断屑面，或采取其他断屑措施，参见第十节。

钻硬化的纯铜，为避免切屑太碎难以排出，外刃锋角（2Φ）应适当加大。  

(5)必要时，可将外缘刃尖磨出倒角或磨出圆弧刃，以及采用高转速(ｎ)和小进给量(f)，以提高孔壁光洁度。例如，钻头直径d＝12.4毫米，可采用转速n＝1050～1700转/分，进给量f＝0.12～0.21毫米/转。

四、钻纯铜群钻的特点口诀

纯铜群钻钻心高，    圆弧后角要减小，

横刃斜角九十度，    孔形光整无多角。