空心鉆頭是一種較適合便攜式工具使用的孔加工刀具,。但由于空心鉆頭的制造工藝比較復(fù)雜，且不能加工盲孔,，因此在金屬切削加工中使用并不普遍,，通常只在加工一些大直徑或貴金屬工件的通孔或鉆孔設(shè)備功率受到限制時才使用。由于空心鉆頭沒有標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品,，因此大部分用于特殊材料加工的空心鉆頭均需自行研制,。 

       我們曾為用戶研制一種用于加工難加工材料的專用空心鉆頭。被加工材料代號U-Mn,，主要化學(xué)成分包括：碳(0.56%～0.68%)、錳(1.35%～1.65%),、硅(0.2%～0. 35%)等,；材料抗拉強(qiáng)度≥882N/ mm2，硬度及耐磨性均較高,。該鉆頭用于在厚17mm 的材料上加工?30+0.5mm通孔,，便攜式鉆機(jī)功率<1000W，要求鉆頭壽命>30min,，鉆頭材料為W6Mo5Gr4V2,。在研制該空心鉆頭過程中，通過反復(fù)調(diào)整鉆頭的設(shè)計參數(shù),，并進(jìn)行鉆孔試驗(yàn),，最后確定鉆頭幾何參數(shù)為：前角g= 12°，后角a= 9°,，副后角a1 = 3°,。 

下面就空心鉆頭的設(shè)計對切削性能的影響作一簡要分析。 

1 前角變化對鉆頭切削性能的影響 

前角對切削力的影響 

前角的變化會影響切屑材料的變形程度,，從而使切削力發(fā)生變化,。切屑變形越大，切削力越大,；切屑變形越小,，切削力越小。當(dāng)前角在0°～15°范圍內(nèi)變化時，切削力修正系數(shù)的變化范圍為1.18～1,。 

前角對鉆頭耐用度的影響 

增大鉆頭前角時,，會使刀尖強(qiáng)度和散熱體積減小，同時會影響刀尖受力情況,。當(dāng)前角為正值時,，刀尖受拉應(yīng)力；當(dāng)前角為負(fù)值時,，刀尖受壓應(yīng)力,。如選用的前角過大，雖可增加鉆頭鋒利度,，減小切削力,，但刀尖所受拉應(yīng)力較大，刀尖強(qiáng)度降低,，容易折斷,。在切削試驗(yàn)中許多鉆頭均因前角過大而損壞。但是,，由于被加工材料硬度和強(qiáng)度較高,，加之便攜式鉆機(jī)的主軸及整機(jī)剛性較低，如選用的前角過小,，鉆孔時切削力的增大會使主軸產(chǎn)生振動,，加工表面出現(xiàn)明顯振紋，鉆頭耐用度也會降低,。 

2 后角變化對鉆頭切削性能的影響 

增大后角可減小后刀面與切削材料間的摩擦,，減小已加工表面的擠壓變形。但如后角過大,，則會降低刀刃強(qiáng)度和散熱能力,。 

后角的大小直接影響鉆頭耐用度。在鉆孔過程中,，鉆頭的主要磨損形式為機(jī)械擦傷和相變磨損,。考慮機(jī)械擦傷磨損,，當(dāng)切削壽命一定時,，后角越大，可用切削時間越長,；考慮相變磨損,，后角增大會使鉆頭散熱能力降低。鉆頭磨損后,，隨著后刀面磨損帶的逐漸加寬,，切削功率逐漸加大,，摩擦產(chǎn)生的熱量會逐漸增加，使鉆頭溫度升高,，當(dāng)溫度升高到鉆頭相變溫度后,，鉆頭將出現(xiàn)快速磨損。 

3 鉆頭設(shè)計對刃磨加工的影響 

空心鉆頭用量較少,，加工批量小,，因此設(shè)計鉆頭時應(yīng)考慮其加工工藝問題，盡量以常用機(jī)加工設(shè)備和常用刀具實(shí)現(xiàn)加工及刃磨,。 

切屑經(jīng)前刀面流出,，因此前刀面的形狀直接影響切屑形狀和排屑性能。切屑在流出過程中受到前刀面擠壓和摩擦,，進(jìn)一步產(chǎn)生變形,。切屑底層金屬變形程度最大，并沿前刀面產(chǎn)生滑移,，使切屑底層長度較長,，從而形成各種卷曲形狀。使用空心鉆頭鉆孔時,，希望切屑成碎屑或帶狀屑,，以利于排屑。為便于加工和刃磨,，前刀面必須設(shè)計為平面,，且不開斷屑槽。前刀面在使用中不需要重磨,。 

后刀面是空心鉆頭最易重磨的面，也是磨損速度最快的面,，因此空心鉆頭的刃磨是以刃磨后刀面來實(shí)現(xiàn),。 

副后刀面分為內(nèi)副后刀面和外副后刀面。從重磨角度來說,，重磨內(nèi),、外副后刀面不易實(shí)現(xiàn)，因此副后刀面應(yīng)設(shè)計為不重磨形式,。 

根據(jù)以上分析,，將該空心鉆頭刀刃設(shè)計為圖1所示形式。加工實(shí)踐證明,，該設(shè)計*可以滿足使用要求和刀具重磨要求,。 

4 切削液使用及對鉆頭切削性能的影響 

空心鉆頭的主要特點(diǎn)是加工時孔的內(nèi)芯不被切削，因此空心鉆頭的切削量比麻花鉆明顯減少,，所需鉆機(jī)功率和切削中產(chǎn)生的熱量也較小,。 

用高速鋼空心鉆頭鉆孔時,，因加工區(qū)溫度對鉆頭硬度影響很大，因此鉆孔過程中必須使用冷卻液降溫(如不用冷卻液,，鉆頭磨損一開始就將以相變磨損為主而快速磨損),。開始我們采用外部噴淋冷卻方式，但因鉆頭工位為水平軸線方向加工,，冷卻液不易進(jìn)入鉆頭刀刃部分,，冷卻液消耗較大，冷卻效果不理想,。經(jīng)重新設(shè)計改變鉆機(jī)主軸結(jié)構(gòu),，將外部噴淋冷卻變?yōu)閮?nèi)部噴淋冷卻，冷卻液由空心鉆頭芯部加入,，使冷卻液能順利到達(dá)鉆頭切削部分,，從而明顯降低了冷卻液消耗量，改善了冷卻效果,。 

5 空心鉆頭使用效果 

設(shè)計完善的空心鉆頭應(yīng)同時滿足以下幾方面要求：①便于制造,，能采用普通機(jī)床和通用刀具加工；②便于重新刃磨,，可利用普通砂輪機(jī)進(jìn)行刃磨,；③生產(chǎn)效率高，使用壽命長,；④價格低廉,。 

我們研制的空心鉆頭基本上達(dá)到了以上要求。在實(shí)際使用中,，鉆頭耐用度可穩(wěn)定達(dá)到50 分鐘,，孔徑公差、表面粗糙度等均達(dá)到了設(shè)計要求,。由于只需重磨后刀面,，鉆頭后角較易控制，在普通砂輪機(jī)上即可方便地實(shí)現(xiàn)刃磨,。 

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