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      1. 2020年8月10日 星期三 11:32

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        可換鉆尖式鉆頭的優勢

        來源: 發布時間:2011-12-05

               可更換硬質合金鉆尖的鉆頭可以提供更高的生產率、靈活性、加工精度和經濟性。

               孔的加工方式五花八門:鉆孔、銑孔、放電加工、激光打孔、沖孔,等等。鉆孔是最常見的孔加工方法,它本身又包括了對不同刀具材料和鉆頭結構的選擇。

               在許多情況下,具有硬質合金切削刃的鉆頭可以提高孔加工效率。盡管整體硬質合金鉆頭可以提供極好的加工精度和很長的刀具壽命,但此類刀具也可能非常昂貴(取決于刀具直徑)。這種鉆頭磨損后,必須進行重磨。采用鋼制鉆桿和硬質合金可轉位刀片的鉆頭價格比整體硬質合金鉆頭便宜,而且切削刃磨損后可以簡單地對刀片進行轉位。然而,可轉位刀片式鉆頭通常并不能提供整體硬質合金鉆頭那樣高的加工精度。硬質合金刀片式扁鉆也采用了經濟性較好的鋼制刀體,但卻無法提供復雜的鉆尖和排屑槽幾何形狀。 可更換硬質合金鉆尖的鉆頭則可能是一種具有更高的生產率、加工精度和經濟性的孔加工選擇。這種鉆頭可以像整體硬質合金鉆頭那樣具有復雜的鉆尖和切削刃幾何形狀,并將鉆尖安裝在鋼制刀體上。鉆尖可以采用多種緊固方式,如外部或內部螺釘鎖緊、簡便的旋轉卡緊系統等。

               一般來說,這種鉆頭加工的孔徑尺寸范圍約為7.6-35mm。如果用于加工更小的孔,可換式鉆尖可能會變得很難操作;如果用于加工更大的孔,鉆尖的成本則可能變得過于昂貴。尤其對于尺寸較大(直徑13-35mm)的可換鉆尖式鉆頭,鉆尖與刀體合在一起的成本要低于相同直徑的整體硬質合金鉆頭。而對于尺寸較小的可換鉆尖式鉆頭,其零件制造成本可能會使鉆頭價格升高,接近相同直徑整體硬質合金鉆頭的價格。不過,所有可換鉆尖式鉆頭都能通過快速更換切削頭而提高生產率(根據不同的鉆頭設計,更換下來的鉆尖或者回收再利用,或者重新刃磨)。更換鉆尖的便捷性最大限度地減少了換刀造成的加工中斷。

               此外,由于一根鉆桿可以適配多種直徑的鉆尖,因此可以減少刀具庫存量。 如何在幾種不同的硬質合金切削刃鉆頭中選擇合適的刀具,要取決于用戶希望達到的加工目的。

               肯納公司產品經理Chet Parzick認為,“整體硬質合金鉆頭能加工出直線度和尺寸精度很高的孔。如果對孔的精度要求不是特別高(比如說±0.13mm以內),選用可轉位刀片式鉆頭可能比較合適。”然而,如果用戶希望保持較小的尺寸公差,或許還想省去二次加工(如鉸削),最佳選擇可能就是可換鉆尖式鉆頭,這種鉆頭非常適合介于整體硬質合金鉆頭與可轉位刀片式鉆頭適用范圍之間的加工。 彌補差距 提高進給率水平是利用可換鉆尖式鉆頭來彌補整體硬質合金鉆頭與可轉位刀片式鉆頭之間差距的一個方面。由于可轉位鉆頭的刀片切削路徑相互重疊,因此,此類鉆頭處理大進給率加工的能力被局限在本質上是單個切削刃的加工水平上。與整體硬質合金鉆頭一樣,可換鉆尖式鉆頭也有兩個分離的切削刃參與切削,因此,其進給率最少可以加快一倍。

               山高刀具公司孔加工產品經理Thomas Sandrud補充說,在常規鉆削條件下,增大進給量是提高生產率的首選方式,“只要有可能,我們寧愿優先改變進給率而不是切削速度,因為進給率通常對刀具壽命影響最小,并且容易實現最低的每孔加工成本。”

               Sandrud說,切削速度與刀具壽命之間并不是線性關系,而是呈指數曲線關系,“如果在推薦的加工參數基礎上提高切削速度,比如說提高20%,那么在加工鋼件時,刀具壽命實際上可能會縮短50%。”因為較高的切削速度會增大刀具與工件的摩擦,產生更多的切削熱。 Sandrud指出,可轉位刀片式鉆頭的設計會影響孔的加工精度,因為這種刀具相互重疊的可轉位刀片會形成不對稱的鉆尖。他說,“為了將鉆頭在孔的入口處的加工偏差減至最小,就需要平衡外圍刀片與中心刀片的切向力。”

               通過平衡這些切削力,可以減小孔的尺寸公差,盡管可轉位刀片式鉆頭被認為是一種粗加工刀具。另一方面,可換鉆尖式鉆頭的兩個切削刃則是對稱的,由于這種鉆頭可以加工出精度更高的孔,因此更多地被用于半精加工和精加工。 孔的尺寸精度和形位誤差取決于許多因素,包括鉆頭長度、加工條件和工件材料等。

               Sandrud介紹說,在常規加工條件下,山高刀具公司的feedMax整體硬質合金鉆頭通??梢赃_到Ra1μm的表面粗糙度和0.02mm的定位精度,而該公司的Crownloc可換鉆尖式鉆頭可以達到Ra1.6μm的表面粗糙度和0.05mm的定位精度。 住友電工硬質合金公司的設計副經理Rich Maton認為,可換鉆尖式鉆頭與整體硬質合金鉆頭的加工精度大致處于同一水平。與可轉位刀片式鉆頭通常為±0.13mm的加工精度相比,該公司的SMD可換鉆尖式鉆頭在大多數情況下可以保持±0.05mm的加工精度,而整體硬質合金鉆頭的加工精度通常為±0.025mm。 與相同規格整體硬質合金鉆頭的刀體相比,可換鉆尖式鉆頭的鋼制刀體剛性要稍差一些。

               英格索爾刀具公司孔加工部門產品經理Bob Jennings認為,實際上,這種鉆頭兼具了其他鉆頭的長處:既具有整體硬質合金鉆頭的耐磨性和高生產率優勢,又在某種程度上對裝夾誤差要求更為寬松。裝夾誤差的典型例子包括:夾具存在缺陷,工件本身缺乏剛性,或機床主軸存在徑向跳動。如果裝夾不正確,高硬度、高剛性的整體硬質合金鉆頭就有可能折斷或崩刃。而用可換鉆尖式鉆頭加工時,裝夾誤差或徑向跳動可能會影響孔的尺寸精度,但卻不容易造成鉆頭折斷。

               例如,在硬度為HRC32的合金鋼曲軸上鉆削孔徑為19mm、孔深為32mm的盲孔時,整體硬質合金鉆頭以76m/min的切削速度和0.36mm/r的進給率進行加工,每個切削刃在因崩刃并最終破損而失效前,可以加工2,000個孔。而用英格索爾公司的Qwik-Twist可換鉆尖式鉆頭以相同的切削參數進行鉆削時,在更換鉆尖前共加工了10,000個孔。鉆頭的失效模式為后刀面漸進磨損,這種失效模式使孔壁光潔度更為均勻一致。 節省加工成本 Jennings指出,使用可換鉆尖式鉆頭節省的成本不僅僅是重磨費用本身。重磨鉆頭時,鉆頭的“流動”成本也相當可觀,“你可能需要2-3支鉆頭用于加工,還要2-3支鉆頭備用,然后,你可能還必須有4支鉆頭正在重磨,另外還要有4支鉆頭在重磨服務商送回車間的路上。”

               聯合機械與工程公司的現場銷售工程師Mark Stevens認為,可采用高進給率的可換鉆尖式鉆頭(如該公司的GEN3SYS鉆頭)非常符合現在用戶的加工需求。GEN3SYS鉆頭采用了該公司專有的AM200多層涂層和一個可以提高重復性、減小徑向跳動的定位墊。他說,“在經濟低迷時期,加工車間都在尋找降低每孔加工成本的最佳方式。與整體硬質合金鉆頭相比,可換鉆尖式鉆頭可以通過提高生產率和降低刀具成本兩方面來節約加工成本。” Stevens說,可換鉆尖式鉆頭比整體硬質合金鉆頭便宜,一支直徑15-20mm、可加工7倍孔徑深度的整體硬質合金鉆頭價格約為600美元,而一支可加工相同規格孔的GEN3SYS鉆頭的刀體價格約為250美元,鉆尖價格約為75-90美元。 Quality Metal Products公司主要生產材質為鋼、可鍛鑄鐵和灰鑄鐵的彎頭、支架和接頭。負責購買刀具和管理車間CNC數控機床加工的Rob Lemons和Tim Swise表示,該公司的大部分鉆削加工需要用孔徑達38mm的鉆頭加工深度為10倍孔徑的孔。他們之所以選用GEN3SYS鉆頭,是因為能滿足加工要求的大長度整體硬質合金鉆頭價格非常昂貴,而可換鉆尖式鉆頭則便宜得多,而且能獲得更長的刀具壽命,提高切削速度和進給率。

              Swise說,更換整個鉆尖只需要幾秒鐘,而且不需要重設刀具補償量,因為新換的鉆尖與機床編程時設定的初始長度總是能精確匹配。最終,與需要重磨重涂的整體硬質合金鉆頭相比,可換鉆尖式鉆頭更具優勢,因為在生產環境下,無論刀具重磨業務是否外包,加工車間都需要配備大量鉆頭。 生產加工優勢 英格索爾公司的Jennings說,每次更換鉆尖后,可換鉆尖式鉆頭的切削刃、長度和背錐度都與新鉆頭完全相同。因此,這種鉆頭在生產加工中的一致性非常好,“一旦設定了加工流程,比如說,每加工800個或1,000個孔更換一次鉆尖,就可以指望每次換鉆尖后都能獲得相同的切削性能。而用整體硬質合金鉆頭加工時,有時初次使用的新鉆頭可以加工500個或800個孔,但送去重磨和重涂后,再次使用時能加工的孔數可能就會減少一些。”

               對使用可換鉆尖式鉆頭有利于生產加工的觀點,肯納公司的銷售工程師Joe Pacileo表示贊同。他舉了一個用這種鉆頭進行大批量鉆削加工的例子??霞{的客戶Meadville Forging公司是一家汽車軸承零件制造商。在生產高峰期,其加工車間每年要用肯納提供的Ken-Tips可換鉆尖式鉆頭在1060汽車軸承鋼上加工50萬個深度為12.5mm、孔徑分別為9mm、9.7mm和12.6mm的孔。該公司技術主管Michael Rhoades說,“與以前使用的整體硬質合金鉆頭相比,Ken-Tip鉆頭在生產中換刀速度更快,因為不需要對刀具重新進行觸測和預調。”這種鉆頭能以比整體硬質合金鉆頭高得多的金屬去除率進行加工,并且“鉆尖的硬質合金材料似乎比一般的硬質合金更耐磨,因此,我們可以提高進給率和切削速度,同時還能加工更多的孔。在經濟性上,比使用整體硬質合金鉆頭更劃算。”他補充說,一個可換鉆尖的成本與鉆頭重磨的成本相當或略高,但明顯要比一支新的整體硬質合金鉆頭便宜得多。 提高加工靈活性 住友電工的Maton介紹說,除了在生產加工中具有優勢以外,可換鉆尖式鉆頭對于小批量加工車間也非常適用,“假如加工車間需要鉆削5種不同尺寸的孔,就可以采用可換鉆尖式鉆頭,因為它用同一個刀體可能就能加工出2-3種不同的孔徑。” 在可換鉆尖式鉆頭的刀體上,可以根據特定的被加工材料,配裝專門設計的、具有不同幾何形狀的鉆尖,從而進一步提高了加工靈活性和生產率。例如,在住友電工為其SMD鉆頭開發的專用鉆尖幾何形狀中,MTL型鉆尖是為加工鋼件和普通加工設計的;而MEL型鉆尖則是為在不銹鋼和高溫合金材料上進行自由度更大的鉆削而設計的。 MTL型鉆尖的特點是采用了具有很高硬度和耐磨性的基體,并對切削刃進行了強化處理(根據不同的鉆頭直徑,制備出寬度為0.08-0.13mm的T型倒棱)。而MEL型鉆尖則具有較鋒利的切削刃,以實現對高溫合金材料的剪切加工,與MTL型鉆尖相比,它的基體材料韌性更好,使切削刃不易碎裂。MEL型鉆尖還具有0.1mm/1cm的背錐度,與之相比,MTL型鉆尖的背錐度則為0.03-0.04mm/1cm。

               Maton解釋說,“高溫合金材料在鉆削時往往會發生膨脹,鉆尖采用較大的背錐度可以獲得較好的表面光潔度,而且在鉆頭退出孔中時不會在孔壁上留下退刀痕。”含硅和鉻的新型DEX涂層可以提高鉆尖的耐磨性和抗崩刃、抗積屑瘤能力,使SMD可換鉆尖式鉆頭能以更高的切削速度和進給率進行加工。Maton說,“4340型SMD鉆頭以100m/min的切削速度和0.35mm/r的進給率進行鉆削加工已十分常見。” 肯納公司的HPL型和HPC型鉆尖結構是為不同加工目的而專門設計可更換鉆尖幾何形狀的另一個例子。HPL型鉆尖用于鉆削加工奧氏體不銹鋼,可將鉆尖的雙切削刃產生的兩股切屑折斷為更小的碎屑。而HPC型鉆尖用于加工鑄鐵材料,經過倒棱處理的頂角可最大限度地防止鉆尖破損,為了引導鉆頭平穩鉆進,將鉆尖上的棱帶數增加了一倍。

               肯納公司的Parzick介紹說,“鑄鐵不是一種質地均勻的材料,鉆削時鉆頭極易發生晃動,由于這種鉆尖有4條棱帶,因此鉆削時穩定性更好,鉆出的孔直線度也更高。” 山高刀具公司的Sandrud介紹說,該公司的Crownloc系列可換鉆尖式鉆頭具有各種不同的外形和特殊的截形,有的甚至在鉆尖上設計了臺階,用于加工倒棱斜面,而通常這種臺階都設置在刀體上??蓪iT定貨的“N”型鉆尖采用了低摩擦金剛石涂層,可優化鋁合金的鉆削加工。 沒有哪一種孔加工刀具適合每一種加工任務或每一個車間的加工流程。

               然而,在被加工孔徑和生產條件與可換鉆尖式鉆頭的加工能力匹配時,使用這種刀具能夠使生產車間的孔加工在生產率和經濟性上一舉兩得。 鏈接:用于大批量加工的混合型鉆頭 2009年春季,肯納公司推出一種可轉位刀片式/可換鉆尖式混合型鉆頭――KSEM-PLUS鉆頭。這種鉆頭與可換鉆尖式鉆頭一樣,有一個鋼制刀體和可分離的切削頭。不過,這種切削頭用鋼制成,其上夾持了中心定位的、有兩個切削刃的KSEMP鉆尖(與肯納的KSEM可換鉆尖式鉆頭類似)。鉆尖的側面有兩個DFT D型可轉位三角形刀片,它能有效延長鉆頭的切削刃長度,并鉆削更大直徑的孔。據肯納公司介紹,這種中心定位式鉆尖可以提供很高的進給率和定心能力,位于外周的刀片有利于切屑控制,并能獲得較高的切削速度。其結果是,與其他可換鉆尖式鉆頭相比,這種混合型鉆頭既能達到更高的切削速度,同時又能提供類似的進給能力。 KSEM-PLUS鉆頭可加工的孔徑范圍為30-70mm。在該區間的高端(孔徑較大時),這種KSEM鉆尖與三角形刀片的組合比大直徑可換式硬質合金鉆尖經濟性更好。外周刀片是可轉位的,可以降低刀具成本,并能保持與機床主軸上刀具快速更換的能力。切削頭通過一個“柔性鉆削系統”聯接到刀體上,該系統采用2個互成角度、可徑向移動的鎖緊螺釘實現聯接。據肯納公司介紹,KSEM-PLUS系統的設計理念源于熱交換行業的加工需求,在該行業中,大批量鉆孔加工的生產率和經濟性至關重要。 (來源:《工具展望》張憲 編譯)

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