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钻削加工和刀具技术的发展状况

2008年06月12日 10:03中国机床商务网点击:3476

     最近在德国金属加工行业所做的一项调查表明,钻削加工是机械加工车间耗时最多的工序。事实上,在所有的加工工时中,有36%消耗在孔加工操作上。与此对应的是,车削加工耗时为25%,铣削加工耗时为26%。因此,采用高性能整体硬质合金钻头取代高速钢和普通硬质合金钻头,能够大幅度减少钻削加工所需的工时,从而降低孔加工成本。
     过去几年来,切削加工参数(尤其是切削速度)在不断提高,特别是高性能整体硬质合金钻头的切削速度提高明显。20年前,整体硬质合金钻头的典型切削速度为60~80m/min。如今,在机床能够提供足够的功率、稳定性和冷却液输送能力的条件下,采用200m/min的切削速度钻削钢件已不足为奇。尽管如此,与车削或铣削加工的一般切削速度相比,钻削加工在加工效率上还有很大的提高潜力。
     整体硬质合金钻头对于基体的韧性要求很高,而钻头的磨损在可控和均匀稳定的情况下是可以接受的。因此,典型的钻削刀具牌号比车削或铣削刀具含有更多的钴元素。
钻头材质通常采用微细晶粒硬质合金,以提高切削刃强度,确保均匀磨损而不发生崩刃。用硬质合金钻头加工时通常要使用水基切削液,因此切削刃处的温度并不太高,但要求钻头具有抗热冲击性。性能最佳的钻头牌号是典型的纯碳化钨材料,而无需大量添加碳化钽或碳化钛。
    对于整体硬质合金钻头而言,涂层必须发挥比仅仅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂层必须在刀具与工件材料之间提供隔热层并保持化学惰性;必须将工件材料与涂层之间的粘结作用降至最低以减小摩擦;涂层表面必须尽可能光滑;此外,麻花钻的涂层还必须具有抗裂纹扩散能力。钻削加工的动力学特性可能会引起微裂纹,为了保持刀具寿命,就必须阻止裂纹扩散。通过选择正确的涂层工艺和生成适当的涂层显微结构,可使涂层材料处于压应力状态下,从而大幅度延长刀具寿命。
    采用多层涂层可以获得良好的使用效果。多层涂层能阻止微裂纹在各层涂层之间扩散,即使有个别涂层出现损坏和剥落,其它的涂层仍可对硬质合金基体起到保护作用。对于钻削刀具,采用纳米涂层和精确定制涂层也具有很大的发展潜力。
    例如,一种顶层采用TiN的新型TiAlN纳米涂层可使在钻削加工不锈钢时遇到的许多问题迎刃而解。平滑的TiN顶层涂层可减小刀具与工件材料的粘结与摩擦,而下层的TiAlN纳米涂层可为刀具提供硬度和耐磨性。这种涂层具有极佳的防裂纹扩散性和防热震性,在钻削不锈钢时切削速度可达70~80m/min,几乎是常规钻头的2倍。

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