工業(yè)設(shè)計鉆孔工藝有哪些？關(guān)于鉆孔工藝常識全面解析

在工業(yè)設(shè)計當(dāng)中有這樣一道常見的工藝，你是否了解過呢？不管是家具設(shè)計，還是數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計，工業(yè)品產(chǎn)品設(shè)計，都是需要鉆孔 的，鉆孔的質(zhì)量在于定位是否精確、孔位是否光潔。這樣一道普通而且極其常見的工藝在工業(yè)設(shè)計當(dāng)中無疑是占據(jù)著重要地位的， 對這樣一個工藝你是否有充分的認識和了解呢？以家具設(shè)計來說，打孔是板式家具生產(chǎn)工藝中不可缺少的工藝，零件打孔工藝組織 是否合理，直接影響到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。下面優(yōu)概念就為你揭曉工業(yè)設(shè)計鉆孔工藝有哪些，以及行業(yè)內(nèi)關(guān)于鉆孔工藝常識的解析。

鉆頭作為孔加工中最為常見的刀具，被廣泛應(yīng)用于機械制造中，特別是對于冷卻裝置、發(fā)電設(shè)備的管板和蒸汽發(fā)生器等零件孔的加 工等，應(yīng)用面尤為廣泛和重要。

一、鉆削的特點 鉆頭通常有兩個主切削刃，加工時，鉆頭在回轉(zhuǎn)的同時進行切削。鉆頭的前角由中心軸線至外緣越來越大，越接近外圓部分鉆頭的 切削速度越高，向中心切削速度遞減，鉆頭的旋轉(zhuǎn)中心切削速度為零。鉆頭的橫刃位于回轉(zhuǎn)中心軸線附近，橫刃的副前角較大，無 容屑空間，切削速度低，因而會產(chǎn)生較大的軸向抗力。

如果將橫刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型，中心軸線附近的切削刃為正前角，則可減小切削抗力，顯著提高切削性能。 根據(jù)工件形狀、材料、結(jié)構(gòu)、功能等的不同，鉆頭可分為很多種類，例如高速鋼鉆頭（麻花鉆、群鉆、扁鉆）、整體硬質(zhì)合金鉆頭、可轉(zhuǎn)位淺孔鉆、深孔鉆、套料鉆和可換頭鉆頭等。

鉆孔工藝特點：

1. 鉆頭容易偏斜。由于橫刃的影響定心不準(zhǔn)，切入時鉆頭容易引偏；且鉆頭的剛性和導(dǎo)向作用較差，切削時鉆頭容易彎曲。在鉆床 上鉆孔時，容易引起孔的軸線偏移和不直，但孔徑無顯著變化；在車床上鉆孔時，容易引起孔徑的變化，但孔的軸線仍然是直的。 因此，在鉆孔前應(yīng)先加工端面，并用鉆頭或中心鉆預(yù)鉆一個錐坑，以便鉆頭定心。鉆小孔和深孔時，為了避免孔的軸線偏移和不 直，應(yīng)盡可能采用工件回轉(zhuǎn)方式進行鉆孔。

2. 孔徑容易擴大。鉆削時鉆頭兩切削刃徑向力不等將引起孔徑擴大；臥式車床鉆孔時的切入引偏也是孔徑擴大的重要原因；此外 鉆頭的徑向跳動等也是造成孔徑擴大的原因。

3. 孔的表面質(zhì)量較差。鉆削切屑較寬，在孔內(nèi)被迫卷為螺旋狀，流出時與孔壁發(fā)生摩擦而刮傷已加工表面。

4. 鉆削時軸向力大。這主要是由鉆頭的橫刃引起的。鉆孔時50%的軸向力和15%的扭矩是由橫刃產(chǎn)生的。因此，當(dāng)鉆孔直徑d﹥ 30mm時，一般分兩次進行鉆削。*次鉆出(0.5~0.7)d，第二次鉆到所需的孔徑。由于橫刃第二次不參加切削，故可采用較大的 進給量，使孔的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率均得到提高。

二、斷屑與排屑

鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進行，切屑必須經(jīng)鉆頭刃溝排出，因此切屑形狀對鉆頭的切削性能影響很大。常見的切屑形狀有片 狀屑、管狀屑、針狀屑、錐形螺旋屑、帶狀屑、扇形屑、粉狀屑等。

鉆削加工的關(guān)鍵--切屑控制

當(dāng)切屑形狀不適當(dāng)時，將產(chǎn)生以下問題：

①細微切屑阻塞刃溝，影響鉆孔精度，降低鉆頭壽命，甚至使鉆頭折斷(如粉狀屑、扇形屑等)；

②長切屑纏繞鉆頭，妨礙作業(yè)，引起鉆頭折損或阻礙切削液進入孔內(nèi)(如螺旋屑、帶狀屑等)。

如何解決切屑形狀不適當(dāng)?shù)膯栴}：

①可分別或聯(lián)合采用增大進給量、斷續(xù)進給、修磨橫刃、裝斷屑器等方法改善斷屑和排屑效果，消除因切屑引起的問題。

②可使用專業(yè)的斷屑鉆頭打孔。例如：在鉆頭的溝槽中增加設(shè)計的斷屑刃將切屑打斷成為更容易清除的碎屑。碎屑順暢地沿著溝槽 排除，不會發(fā)生在溝槽內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。因而新型斷屑鉆獲得了比傳統(tǒng)鉆頭流暢許多的切削效果。

同時短碎的鐵屑使冷卻液更容易流至鉆尖，進一步改善了加工過程中的散熱效果和切削性能。而且因為新增的斷屑刃穿了鉆頭的整個溝槽，經(jīng)過多次修磨之后依然能夠保持其形狀和功能。除上述功能改善外，值得一提的是該設(shè)計強化了鉆體的剛性，顯著地增加 了單次修磨前鉆孔的數(shù)量。

三、鉆孔精度 孔的精度主要由孔徑尺寸、位置精度、同軸度、圓度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素構(gòu)成。

鉆削加工時影響被加工孔精度的因素：

①鉆頭的裝夾精度及切削條件，如刀夾、切削速度、進給量、切削液等；

②鉆頭尺寸及形狀，如鉆頭長度、刃部形狀、鉆芯形狀等；

③工件形狀，如孔口側(cè)面形狀、孔口形狀、厚度、裝卡狀態(tài)等。

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1. 擴孔 擴孔是由加工中鉆頭的擺動引起的。刀夾的擺動對孔徑和孔的定位精度影響很大，因此當(dāng)?shù)秺A磨損嚴(yán)重時應(yīng)及時更換新刀夾。鉆削 小孔時，擺動的測量及調(diào)整均較困難，所以*采用刃部與柄部同軸度較好的粗柄小刃徑鉆頭。使用重磨鉆頭加工時，造成孔精度 下降的原因多是因為后面形狀不對稱所致。控制刃高差可有效抑制孔的切擴量。

2. 孔的圓度

由于鉆頭的振動，鉆出的孔型很容易呈多邊形，孔壁上出現(xiàn)像來復(fù)線的紋路。常見的多邊形孔多為三角形或五邊形。產(chǎn)生三角形孔 的原因是鉆孔時鉆頭有兩個回轉(zhuǎn)中心，它們按每間隔600交換一次的頻率振動，振動原因主要是切削抗力不平衡，當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn) 后，由于加工的孔圓度不好，造成第二轉(zhuǎn)切削時抗力不平衡，再次重復(fù)上次的振動，但振動相位有一定偏移，造成在孔壁上出現(xiàn)來復(fù)線紋路。當(dāng)鉆孔深度達到一定程度后，鉆頭刃帶棱面與孔壁的摩擦增大，振動衰減，來復(fù)線消失，圓度變好。這種孔型從縱向剖 面看孔口呈漏斗型。同樣原因，切削中還可能出現(xiàn)五邊形、七邊形孔等。為消除該現(xiàn)象，除對夾頭振動、切削刃高度差、后面及刃 瓣形狀不對稱等因素進行控制外，還應(yīng)采取提高鉆頭剛性、提高每轉(zhuǎn)進給量、減小后角、修磨橫刃等措施。

3. 在斜面及曲面上鉆孔

鉆頭的吃刀面或鉆透面為斜面、曲面或階梯時，定位精度較差，由于此時鉆頭為徑向單面吃刀，使刀具壽命降低。 為提高定位精度，可采取以下措施：

a. 先鉆中心孔；

b. 用立銑刀銑孔座；

c. 選用切入性好、剛性好的鉆頭；

d. 降低進給速度。

4. 毛刺的處理 鉆削加工中，在孔的入口及出口處會出現(xiàn)毛刺，尤其是在加工韌性大的材料及薄板時。其原因是當(dāng)鉆頭快要鉆透時，被加工材料出 現(xiàn)塑性變形，這時本應(yīng)由鉆頭靠近外緣部分刃口切削的三角形部分受軸向切削力作用后變形向外側(cè)彎曲，并在鉆頭外緣倒角和刃帶 棱面的作用下進一步卷曲，形成卷邊或毛邊。

四、鉆削的加工條件

一般的鉆頭產(chǎn)品樣冊目錄中有按加工材料排列的《基本切削用量參考表》，用戶可參考其提供的切削用量選擇鉆削加工的切削條 件。切削條件的選擇是否適當(dāng)，應(yīng)通過試切削，根據(jù)加工精度、加工效率、鉆頭壽命等因素綜合判斷。

1. 鉆頭壽命與加工效率

在滿足被加工工件技術(shù)要求的前提下，鉆頭的使用是否得當(dāng)，主要應(yīng)根據(jù)鉆頭使用壽命和加工效率來綜合衡量。鉆頭使用壽命的評 價指標(biāo)可選用切削路程；加工效率的評價指標(biāo)可選用進給速度。對于高速鋼鉆頭，鉆頭使用壽命受回轉(zhuǎn)速度的影響較大，受每轉(zhuǎn)進 給量的影響較小，所以可通過增大每轉(zhuǎn)進給量來提高加工效率，同時保證較長的鉆頭壽命。但應(yīng)注意：如果每轉(zhuǎn)進給量過大，切屑 會增厚，造成斷屑困難，因此必須通過試切確定能順利斷屑的每轉(zhuǎn)進給量范圍。對于硬質(zhì)合金鉆頭，切削刃負前角方向磨有較大倒 角，每轉(zhuǎn)進給量的可選范圍比高速鋼鉆頭小，如加工中每轉(zhuǎn)進給量超過該范圍，會降低鉆頭使用壽命。由于硬質(zhì)合金鉆頭的耐熱性 高于高速鋼鉆頭，回轉(zhuǎn)速度對鉆頭壽命的影響甚微，因此可采用提高回轉(zhuǎn)速度的方法來提高硬質(zhì)合金鉆頭的加工效率，同時保證鉆 頭壽命。

2. 切削液的合理使用 鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進行，因此切削液的種類及給注方式對鉆頭壽命及孔的加工精度有很大影響。切削液可分為水溶性 和非水溶性兩大類。非水溶性切削液的潤滑性、浸潤性和抗粘接性較好，同時還具有防銹作用。水溶性切削液的冷卻性較好，不發(fā) 煙和無可燃性。出于對環(huán)境保護的考慮，近年來水溶性切削液的使用量較大。但是，如果水溶性切削液的稀釋倍率不當(dāng)或切削液變 質(zhì)，會大大縮短刀具使用壽命，所以使用中必須加以注意。不論是水溶性或非水溶性切削液，使用中都必須使切削液充分到達切削 點，同時對切削液的流量、壓力、噴嘴數(shù)、冷卻方式(內(nèi)冷或外冷)等都必須嚴(yán)格控制。

五、鉆頭的重新刃磨

鉆頭重磨判別

鉆頭需重新刃磨的判別標(biāo)準(zhǔn)為：

1. 切削刃刃口、橫刃、刃帶棱面的磨損量；

2. 被加工孔的尺寸精度及表面粗糙度；

3. 切屑的顏色、形狀；

4. 切削抗力(主軸電流、噪音、振動等間接值) ；

5. 加工數(shù)量等。

實際使用中應(yīng)根據(jù)具體情況，從上述指標(biāo)中確定準(zhǔn)確、方便的判別標(biāo)準(zhǔn)。采用磨損量作為判別標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)找出經(jīng)濟性*的*重 磨期。由于主要刃磨部位為頭部后面和橫刃，如鉆頭磨損量過大，刃磨耗時多，磨削量大，可重磨次數(shù)減少(刀具的總使用壽命=重 磨后的刀具壽命×可重磨次數(shù))，反而會縮短鉆頭的總使用壽命；采用被加工孔的尺寸精度作為判別標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)用柱規(guī)或限規(guī)檢查孔 的切擴量、不直度等，一旦超過控制值，應(yīng)馬上重新刃磨；采用切削抗力作為判別標(biāo)準(zhǔn)時，可采用超過所設(shè)界限值(如主軸電流)立即自動停機等辦法；采用加工數(shù)量限度管理時，應(yīng)綜合上述判別內(nèi)容，設(shè)定判別標(biāo)準(zhǔn)。

鉆頭的刃磨方法

重新刃磨鉆頭時，*使用鉆頭刃磨專用機床或萬能工具磨床，這對保證鉆頭使用壽命和加工精度非常重要。如原來的鉆型加工狀 態(tài)良好，可按原鉆型重磨；如原鉆型有缺陷，可按使用目的適當(dāng)改進后面形狀和進行橫刃修磨。