群钻的各种钻型（5）

第十三节  钻胶木与玻璃钢

一、问题的提出

非金属材料，尤其是各种塑料，在电气、仪表、机械等工业中日益得到广泛的应用，孔加工问题也常常成为生产上的关键问题。

(一)塑料类型

塑料——基本上是由树脂(高分子聚合的有机化合物)加或不加填料所制成。我们在机械加工中常遇到的有：

(1)铸造(块状)塑料——即不加填料的树脂。按其性质又分为：①热固性的。即加热时起化学变化凝为固体成型，不能软化，不再有可塑性。如酚醛、有机硅、聚氨酯及环氧树脂等；②热塑性的。即加热时不起化学变化，但变软，塑性增大，冷却后变为固体成型。如有机玻璃、聚酰胺(尼龙)、聚氯乙烯等。

(2)混成压塑料(即电木)——主要是由热固性树脂与填料(木粉、云母、石英、植物或矿物纤维等)制成。通过热压成型制成零件，一般不再机械加工。

(3)层压塑料(通称胶木)——大多是由热固性树脂与层迭填料制成板材。这种层迭材料有纸、棉织物，玻璃丝织物等，从而得到夹纸胶木、夹布胶木、玻璃丝夹布胶木。这种材料常需经过机械加工制成零件。

(二)钻胶木的问题

本节分析的是层压塑料(各类胶木)和玻璃钢。这种材料在钻孔中常遇到的问题是：

(1)孔径收缩较大，加剧刃带与孔壁的摩擦，严重时，孔壁变黑、烧糊，产生臭味。

(2)夹纸胶木在孔出口处脱皮很严重，中间分层，表皮变色(出黄边)。

(3)夹布胶木在孔出、入口处有毛边，孔壁不光。

(4)玻璃丝夹布胶木在入口处有毛边，中间分层，表皮变色(出黄边)，有较严重的扎刀现象，出口处脱皮，孔壁不光，而且钻头磨损快。

(5)钻玻璃钢(尤其是高硅氧玻璃钢)，钻头外缘转角磨损严重，工件易分层、掉渣和树脂被烧焦。

二、钻胶木群钻的特点和使用

    从上面所讲的可以看出，钻胶木孔的主要矛盾是如何保证孔的质量。所采用的钻胶木群钻，其特点是：

    (1)钻胶木的群钻其几何参数基本上与钻黄铜群钻相同，如表5-14和图5-16（见群钻的各种钻型(二十一)）所示。因胶木的强度不高，可将横刃修磨很窄，以减小轴向力。在外刃上磨出三角小平面，适当减小前角，γnc≈-5°，但离开外缘点仍保留一段距离约1～1.5毫米，如图5-18所示。这种钻头，既保持了外刃外缘部分的锋利，又减轻了扎刀现象。圈形垫脱落时产生的毛刺、脱皮现象，能够靠外刃把它切掉，因此无论进、出口，切削情况都有改善。

    (2)可以适当将钻心磨偏一点，这样钻出的孔稍大，以抵消孔的收缩，并可以减小刃带的摩擦，减轻发热，提高钻头耐用度。

    (3)由于材料的弹性变形较大，因此后角应选得大一些，以减小后面的摩擦。根据试验，钻胶木的钻头后角αfc=5～10°，钻削力加大很多，因此αfc应大于15°。

    (4)外刃锋角2ψ应稍小，2ψ=90～110°，改善外缘刃尖的散热条件，且有利于提高加工质量。

    (5)各种胶木由于填充物不同，以及制造工艺不同(如各种绕制方式)，其物理—力学性能相差很大，因此其加工性也有差别，选用切削用量也应针对具体材料分别对待。钻胶木的切削力都大大低于钻钢的。试验表明各种胶木相互也有差异。影响钻削力的主要是直径、进给量和钻头磨损情况，而切削速度则影响较小。必要时可依据经验公式来进行计算。

(6)钻胶木的钻头磨损主要是严重的摩擦磨损，而以在外缘转角处磨损最大。通常，在钻头初磨损阶段显示出来的切削刃上的缺口(由于刀具材料不好，刃磨不好等原因)，常成为磨损迅速发展的形成源。胶木由于强度低、塑性小，故前刀面的磨损小。钻头的磨损促进了摩擦热的形成；会引起树脂的热分裂。刃口圆弧半径的增大和负前角，会引起纤维填充物的断裂和粉碎，产生塑料层面的破坏。因此，要得到较高质量的孔，例如▽4和热分裂深度在0.1毫米以内，则应注意选用适当的磨钝标准，如表5-16。

    (7)用不同刀具材料钻胶木的试验表明，高速钢钻头以用耐热和耐磨性好的W9Cr4V5耐用度较高，而硬质合金钻头则以YG6较耐用，一般可用YG8，不能采用YT类硬质合金，因为磨损快，易导致刃口圆弧半径增大，从而降低加工质量。

    (8)有的钻削试验表明，适当提高切削速度v(v＝15～60米/分)，可减小钻削力，尤其是扭矩降低较多(15～20%)，这是由于当v增大，钻削温度提高，改变了摩擦表面微层状态，摩擦系数减小。而且由于孔的收缩、刃带上的摩擦力对构成钻削扭矩起到更大的作用。

三、钻胶木群钻的特点口诀

胶木钻孔出碎屑，      脱皮、毛边、孔缩小；

快切、风冷、修前面，  钻心稍偏、小锋角。

四、钻高硅氧玻璃钢群钻的特点

    在生产中应用较多的高硅氧玻璃钢也是一种玻璃纤维增强的热固性层压塑料，它的弹性系数小，弹性变形大，传热慢，耐热性差，与各类胶水有着相同的特点。但含SiO₂达90％以上，在切削中SiO₂相当于很硬的质点，起着强烈的研磨作用，使切削刃磨损严重，环氧型高硅氧玻璃钢的可钻削性比层压胶木更差。

通常，钻这种材料采用YG8或YG6硬质合金钻头，可提高切削用量，钻头寿命也较高。在不得已需要采用普通高速钢麻花钻时，则应从修磨几何形状入手。经多种钻型的比较试验，以图5-19所示的钻型钻孔效果较好。其特点是：

(1)在基本型群钻的基础上，适当加大圆弧刃的圆弧半径R和尖高h（R≈0.2d，h≈0.05d)，这样圆弧槽较浅，刃尖B点处的刃尖角ε较大，可以改善刃口的散热条件；但由于加高了尖高h，则应适当加大横刃长b_ψ≈0.04d。

(2)钻心尖应磨出0.15～0.2毫米的偏心距，以避免孔径的收缩，有利于耐用度的提高。并适当加大后角α_RC。和圆弧后角α_fC(α_Fc＝15°，α_RC＝18°)以减轻后刀面的摩擦。

(3)外刃锋角2Φ在120～150°范围内变化，小直径钻头选取较小值。

(4)为改善外缘转点的散热条件，和减小刃带的摩擦，适当修磨外缘转点处的前刀面，缩短刃带宽度至b_f＝0.1毫米，同时减小前角使γ_nc＝22～24°，并形成较大的负刃倾角。

(5)由于切屑呈粉末状不易排屑，选用切削用量时，宜选取较低切削速度和较大的进给量，以便于形成瓣状切屑，通常取ｍ＝5米/分，f＝0.9～1.2毫米/转，这样，也能减少切削热的产生，有利于钻头耐用度的提高。

第十四节  钻有机玻璃

一、问题的提出

如上节所述，有机玻璃是一种热塑性的树脂(聚甲基丙烯酸甲酯)，由于它具有良好的耐蚀性、绝缘性、耐寒性(－45℃)和透明度，以及容易粘接的特性，因此得到较广泛的应用。

在钻有机玻璃中，我们遇到的问题有：

(1)难以得到满意的透明度，孔壁易成灰暗色(即“发乌”或“发暗”)，严重时孔壁烧伤。

(2)孔壁有时产生“银斑”状裂纹。

(3)孔两端有时发生崩块。

二、有机玻璃的特点

根据表5-3非金属材料的可钻削性分级表，知有机玻璃的分级指标为0、3、10、6，关键在后两项。

(1)有机玻璃的导热性不良，而且耐热性最低，受热后容易软化，在100～120℃时表现出和软橡皮一样的弹性。切削温度不应超过60℃。

(2)如果在钻孔中，有微粒、碎末，或其他物体与孔壁发生摩擦，则要降低透明度。

(3)在切削力作用下，孔壁附近区域产生内应力，在这种内应力的影响下，会产生所谓“银斑”状裂纹。钻孔中冷热剧烈变化也会产生裂纹。 

(4)材料的弹性大，导热率小，热膨胀系数又大，因此加大了工件与钻头后面、棱边的摩擦，对钻孔质量极为不利。

(5)有机玻璃在酒精中会膨胀，在丙酮中会溶解。

(6)切屑容易堆起，粘在棱边和螺旋槽上，堵住刃沟。为了避免这种情况，当孔光洁度要求不高时，可加大进给量f，缩短钻孔的时间。

三、钻有机玻璃群钻的特点和使用

　　有机玻璃钻孔，主要的也是加工质量问题。钻有机玻璃群钻，如图5-20和表5-17所示，其特点是：

(1)通过修磨，加大外刃的轴向结构前角γC(γC≈35～40°)；并且修磨横刃到尽可能短，以减小切削力和热量。

(2)选用较小的外刃锋角2Φ(2Φ≈100～110°)，和修圆外缘刃尖，减轻切削痕迹。    

(3)加大刃带的倒锥，有必要时可在外圆磨床上磨出半锥角Φ´≈15～30´的锥度，磨窄刃带；加大副刃的径向结构副后角α´_C≈25～27°，形成锐刃，以减小钻孔中的摩擦。 

(4)要把刃口和刃带鐾光到▽8以上；充分加冷却液；选用适中的转速n和较小的进给量f，例如，直径18.5毫米的钻头。选用n≈335转/分，f≈0.09～0.12毫米/转。

四、钻有机玻璃群钻的特点口诀

有机玻璃孔发乌。        刃带磨窄、修圆弧，

加大倒锥、前、后角，    刃口鐾光、冷却足。

第十五节　钻橡胶

橡胶的种类很多，按其来源，可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。一类是常用的软橡胶(或称熟橡胶)，它是用不同的生橡胶加入各种配合剂制成的不同硬度、不同性能的橡胶制品；另一类为硬橡胶，是在生橡胶内加入较多的硫黄(25～50%)经过硫化而成。

一、问题的提出

    橡胶(特别是软橡胶)因具有一些独特的物理力学性能，如极高的弹性，良好的柔顺性和复原性，在很大的变形下仍不损坏；高的内摩擦，有利于减振；高的水密性和气密性；高的电绝缘性以及高的耐碱、耐酸、耐油性。所以，在各项工业中都有广泛的应用。

    在工业中，有时遇到需在橡胶板及各种橡胶制件上钻孔的情况。在这种材料上钻孔的问题是：

    (1)孔收缩量很大，易成锥形，上大下小，严重时孔壁有撕伤，甚至不成孔形。

    (2)钻削温度高时，橡胶变质，产生臭味。

二、橡胶的特点

根据可钻削性分级表(表5-3，见群钻的各种钻型三)可以看出，软硬橡胶的分级指标在Ⅰ、Ⅲ项上基本相同，而在第Ⅱ、Ⅳ项却相差很大。

    (1)橡胶(特别是软橡胶)的弹性系数极小，约为钢的三万分之一，即它具有非常高的弹性，受到很小的力就有很大的变形。而且它的线膨胀系数也很大，因此，钻孔时工件材料弹性变形大，孔径的收缩量也大。

    (2)橡胶的强度很低，因此钻削抗力很小，这样，切削刃锋利一些，也不致使刃口损坏。

    (3)橡胶的导热性差，热量不易消散，而且不耐热，当温度超过60～150℃时，就要变质、熔化。

    (4)在各类橡胶中，软橡胶与硬橡胶在变形性能上相差很大，例如弹性，软橡胶要比硬橡胶高1000倍左右。因此，橡胶钻孔中的问题以软橡胶最为突出。

三、钻橡胶群钻的特点和使用

    橡胶的弹性大，钻橡胶时，如果钻头刃口不锋利，橡胶在钻削力作用下产生很大的弹性变形，这样，就会产生前边所说的橡胶钻孔中的一系列问题。

通常，在切胶皮时，用极锋利的刀片，并使刃口向前倾斜，刃口前端切得浅、后端切得深，循序切入，得到稳定的引导，使切口光洁整齐，因此，在钻橡胶群钻(如图5-21)中所采取的措施是：

(1)将两外缘处径向(即朝向钻心)的圆弧刃改磨出一段很锋利的沿着刃带圆周切线方向的切向刃，并使这一小段刃口稍向前倾斜。这样，当钻心尖在工件上定好中心后，两外侧的切向刃由于刃口方向与切削速度方向一致，因此能较轻松地切入，变形较小，切口光洁整齐。然后，里边的圆弧刃是在已经与孔壁分离的料芯上切削，把它剥成一条条的屑瓣。因而，它的切削变形较少地影响到孔壁，故而能保证较好的钻孔质量。

(2)由于材料弹性大，钻头切削刃后刀面有较大的摩擦，因此应选用较大后角，αfc≈30°。

    (3)横刃长bψ尽可能修磨得短些，内刃锋角2ψτ较小，既利于定心，又减轻了轴向压力。

橡胶越软、越厚，则越应将内刃锋角减小，使圆弧刃尽量加深，并进一步加大后角。

(4)采用较高的切削速度v，一般v≈30～40米/分，便于屑片排出。进给量f要小些，一般，f≈0.05～0.12毫米/转。

现以直径23毫米的钻头钻较硬的薄橡胶板为例，标出它的几何参数如图5-21所示，仅供参考。

四、钻橡胶群钻的特点口诀

橡胶钻孔收缩多，       内定中心、外切割，

外缘磨出切向刃，     快转、慢进、大后角。