加工不銹鋼硬質合金群鉆鉆尖的試驗研究

李夢龍，王 蔓，張 偉，賀鳳寶，胡建忠

（大連工業大學 機械工程與自動化學院，大連 116034）

加工不銹鋼硬質合金群鉆鉆尖的試驗研究

李夢龍，王 蔓，張 偉，賀鳳寶，胡建忠

（大連工業大學 機械工程與自動化學院，大連 116034）

0 引言

群鉆是在普通麻花鉆的鉆尖基礎上，磨出兩個對稱的月牙形圓弧槽，形成鉆心退縮，從垂直于鉆頭軸線可看到三尖“W”刃形；再進一步修磨，減窄橫刃，修出油隙面和兩條較鋒利的內刃。對于直徑較大（d＞15mm）的鉆頭，還在一側外刃上再磨出1―2條分屑槽[1]（如圖1所示）。群鉆的這種特殊刃形使其排屑效果明顯。

某公司在使用普通麻花鉆鉆不銹鋼時出現了斷屑不好，切屑纏刀、粘刀，崩刃現象，刀具磨損嚴重。為了解決斷屑問題，本文設計了具有群鉆鉆尖的硬質合金麻花鉆。而群鉆鉆尖傳統應用于高速鋼麻花鉆，應用在硬質合金材料時原有的鉆尖參數已不再適用[2]。鑒于此本論文設計一種具有新的鉆尖參數的硬質合金群鉆，使在加工不銹鋼時，可以起到良好的斷屑作用，提高刀具的使用壽命。不銹鋼（1Cr18Ni9）因為良好的綜合機械性能而被廣泛應用，故對其進行鉆削試驗具有實際的指導意義。

圖1 基本型群鉆鉆尖

1 試驗方法

本試驗采用三支具有不同鉆尖參數的硬質合金群鉆，直徑為φ10mm，槽長60mm，總長100mm。三支刀編號分別為1、2、3,三支刀變化的參數主要是尖高、圓弧半徑、外刃長度和外刃峰角[3]，其鉆尖參數如表1所示。在較合理的切削參數下鉆削不銹鋼（1Cr18Ni9），并分析刀具斷屑和刀具磨損情況。

表1 三支群鉆鉆尖參數

2 對比試驗及結果分析

2.1 對比試驗

在較合理的切削參數[4](進給量0.25mm/r)下，用三支刀具分別以切削速度28.26m/min和34.54m/min，鉆削1Cr18Ni9，鉆孔深為30mm。試驗用美國HASS VOP-D VF5型加工中心，采用澆注式乳化液冷卻，鉆削過程中用YDZ-II02壓電鉆削測力儀可測量軸向力和扭矩[5]，收集切屑，并對所得到的數據和切屑進行分析，觀察刀具磨損。

2.2 試驗結果與分析

表2 試驗數據

圖2 三支刀具軸向力、扭矩柱狀圖

將表2的數據繪制成直觀的柱狀圖（如圖2），從圖中可以看出，2號刀的最大軸向力和最大扭矩均為最小。1號刀外刃峰角最小，切削刃上各點的切削速度梯度最大，外緣處前角減小，外刃峰角小會使切削寬度增加，切削厚度減小，切削時所需的力會有所增加。另外1號刀的圓弧半徑較小，外刃與圓弧刃的交點B處刃尖角較小，散熱不好，也會增加軸向力和扭矩。而3號刀外刃峰角最大，切削刃長度縮短最多，單位長度上的負荷增加，外緣轉點處刃尖角減小過多，刀具散熱條件差，也會使軸向力增加。再加上3號刀的圓弧半徑過大，圓弧過于平低，外刃與圓弧刃的交點B處刃尖角過大，使兩段切削刃的變形程度較小，相關聯程度較大，雖然增加了B點的強度，但對分屑作用影響較大，產生較寬的切屑，這種切屑變形所需的能量大，故使得扭矩值也變大。

三支刀在轉速為900r/min和1100r/min，切削速度為28.26m/min和34.54m/min，進給量為0.25mm/r下，鉆孔所得的切屑如圖4所示。

圖4 切屑形狀圖

從圖中可以看到，切削參數為900r/min，0.25mm/r時三支刀的切屑較短，為海螺型切屑，其中2號刀切屑形狀最好，長度最短；1100r/min，0.25mm/r時3號刀切屑最差，1號和2號相差不多，2號刀相對較短。三支刀都具有群鉆鉆尖，斷屑效果明顯，但由于三支刀鉆尖參數不同，造成切屑形狀有所差異。3號刀由于圓弧半徑過大，過于平低，使兩段切削刃的變形程度較小，相關聯程度較大，產生的切屑較寬。1號刀外刃較長，外刃形成的切屑較寬，在斷屑難易程度上比2號刀難。

三支刀經過刃口處理，每支刀在加工30個孔后，用刀具幾何參數測量儀測量的鉆尖前刀面磨損情況，對比如圖3所示。

圖3 鉆尖前刀面磨損對比

從圖中可以看出，三支刀在內刃前刀面部分都有燒黑現象，試驗過程中采用澆注式切削液冷卻，效果不是很理想。不銹鋼在加工時因發熱嚴重，且切削液不能及時到達加工區域進行冷卻，造成高溫下刀具燒傷，形成黑色表面。三支刀靠近主切削刃處磨損都不大，其中2號刀磨損最小，且2號刀無崩刃現象出現。而1號刀和3號刀外緣轉點處都有崩刃現象，因為3號刀的外刃峰角最大，外刃長度最短，外緣轉點處的刀尖角最小，單位長度上的負荷大，刀具散熱條件不好，導致崩刃最嚴重。1號刀由于外刃長度最長，所受扭矩大，故其也有較嚴重的崩刃。

綜上分析可知：2號刀切削力較小，刀具磨損量小，切屑呈短海螺型，斷屑效果比較理想，2號刀切削性能最好。

3 結論

1）加工不銹鋼時群鉆鉆尖可以應用在硬質合金麻花鉆上，發揮了群鉆優良的分屑、斷屑能力，并改善了切削刃的磨損情況。

2）加工1Cr18Ni9不銹鋼，2號刀的鉆尖幾何參數相對比較合理。切削力較小，刀具磨損量小，斷屑效果較為理想，切屑呈短海螺型。

3）本試驗所用刀具在加工不銹鋼時采用澆注式切削液冷卻，效果不是很理想，可以改為內冷式。

[1]倪志福,陳壁光.群鉆——倪志福鉆頭[M].上海:上海科學技術出版社,1999年9月:213-214.

[2]張波,張偉,張占陽.硬質合金群鉆鉆尖的試驗研究[J].工具技術,2008,42(10):73-75.

[3]張占陽.硬質合金高效鉆尖的試驗研究[D].大連:大連輕工業學院,2006.

[4]景璐璐,李鑄宇,陳明,孫方宏,胡祖光,祝新發,勵政偉,許輝.奧氏體不銹鋼鉆削變形系數的實驗研究[J].上海交通大學學報,2005,39(11):1746-1750.

[5]汲宏劍,張偉,宋寶良,李鑄宇.不同槽型的麻花鉆切削性能實驗[J].大連工業大學學報,2012,31(3):226-228.

Experimental study for maching stainless steel solid carbide drill with multi-facet drill point

LI Meng-long, WANG Man, ZHANG Wei, HE Feng-bao, Hu Jian-zhong

針對不銹鋼材料的性質，設計了一種具有新的鉆尖參數的硬質合金群鉆，在切削速度28.26m/min、34.54m/min和進給量0.25mm/r下鉆削不銹鋼。試驗表明加工不銹鋼時群鉆鉆尖可以應用在硬質合金麻花鉆上，充分發揮了群鉆優良的分屑、斷屑能力，并改善了切削刃的磨損情況。

不銹鋼；硬質合金；群鉆；鉆尖

李夢龍（1988 -），河南洛陽人，碩士研究生，主要從事先進制造工藝技術與裝備的研究。

TG713.1

A

1009-0134(2014)05(下)-0046-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.05(下).13

2013-11-30