群钻技术的发展
1.新材料的“群钻”
过去普通麻花钻一般用普通高速钢W6Mo5Cr4V2或W18Cr4V制造。他们的硬度为62~64HRC磨成“群钻”后,切削性能的提高受到刀具材料的限制。超硬高速钢的出现,使刀具切削性能出现了一个飞跃。国外多用高钴超硬高速钢,美国的M42(110W1.5Mo9.5Cr4VCo8)和瑞典的HSP―15(W9Mo3Cr4V3Co10)是其中的佼佼者。但它们的含钴量多,达8%~10%,价格昂贵。国内多用少钴或无钴超硬高速钢,如501(W6Mo5Cr4V2AL)、(Co5Si(W12Mo3Cr4V3Co5Si)、V3N(W12Mo3Cr4V3N)等。超硬高速钢的常温硬度达67~69HRC,比普通高速钢高出5HRC,高温硬度亦显著提高。实践证明,用超硬高速钢制成麻花钻,再修磨成“群钻”形式,与普通高速钢“群钻”相比,钻孔效率可提高一倍以上。目前,国内一些工具厂可根据用户需求,提供超硬高速钢麻花钻。
上述所有的高速钢都是用熔炼方法制造的。有用粉末冶金工艺制造的高速钢,其性能优于熔炼高速钢。如用粉末冶金高速钢制成麻花钻,再磨成“群钻”,其钻孔效率可成倍提高。
在高速钢钻头磨成“群钻”后,如在其工作部分表面上用PVD(物理气相沉积)法涂覆TiN薄层可使其切削性能大幅度提高。但这样做,除增加了修磨工时外还将加上涂层费用,而重磨后将失去后刀面的涂层,因此涂层“群钻”难以推广。
硬质合金是一种更为先进的刀具材料,其硬度和耐磨性比高速钢高得多。但是,硬质合金的韧性较差,钻头容易折断,它的可加工性也不太好,故过去很少用硬质合金制造麻花钻。近年,随着化学成分和制造方法的改进,硬质合金的韧性有了改进,中小尺寸的整体硬质合金麻花钻已得到广泛应用。在硬材料上钻孔,效果很好。制造麻花钻,必须选用韧性和抗弯强度较高的硬质合金,例如钻钢材时可用YS25、YT798等,钻铸铁及淬硬钢时可用YS8、YSl0、YG813等,有时亦可采用YT5、YT14、YG6X、YG8等牌号。
作者曾用YG6X整体硬质合金麻花钻(直径10mm)在KmT-BCr20Mo2高铬冷硬铸铁(60HRC)上钻孔,在修磨成“群钻”形式前后进行切削对比。“群钻”形式的使用寿命约提高了3倍以上。由于硬质合金较脆,对切削部分应予以加强,“群钻”形状见图1钻高铬冷硬铸铁的整体硬质合金“群钻”图1,几何参数数值见表1。切削用量:转速n=600r/min,每转进给量ƒ=0.13mm/r。

整体硬质合金麻花钻修磨前后的磨损曲线,对比见图2。纵坐标为钻头后刀面磨损量VB,横坐标为钻孔个数。

作者用YS25整体硬质合金麻花钻(Φ10mm)在38CrNi3MoVA高强度钢(调质,硬度 40HRC)上钻孔。同样,修磨成“群钻”后,使用寿命亦提高3倍以上。切削用量:n=1200r/min,ƒ=0.06mm/r。其试验曲线和钻头几何参数从略。

2.新结构的“群钻”
普通麻花钻的结构(主要指槽形),一百多年来几乎没有变化过。适当改变槽形,可以提高麻花钻的切削性能。图3、图4分别为等前角麻花钻和径向刃麻花钻,使用效果有改进。如在槽形改进的基础上再将切削部分修磨成“群钻”形式,则效果将进一步提高。作者曾研制过径向刃麻花钻及其“群钻”,得到了初步成功。

3.“群钻”钻型的发展
基本型“群钻”主要用于钻削一般钢材。针对各种工件材料的不同加工性和结构形状、技术要求迥异的零件,“群钻”的几何形状必须根据工件一方的具体情况,进行调整,即所谓“灵活应用”。多年来,群钻研究小组已总结出一整套经验和策略,开发出20余种钻型的高速钢“群钻”系列。如钻铸铁“群钻”的特点是采用双重锋角,钻不锈钢“群钻”的特色是保证断屑、排屑,钻黄铜“群钻”的特色是防止“扎刀,钻薄板“群钻”的特点是增加稳定性和切割能力,钻橡胶“群钻”的特点是增加锋利性。另外,还有钻削高锰钢、钛合金、纯铜、铝合金、胶木、玻璃钢的“群钻”和钻精孔、钻小孔、钻斜面孔、扩毛坯孔的“群钻”。
硬质合金“群钻”出现后,又带来了许多新问题。针对新的情况,“群钻”的钻型必然还会有新的发展。
4.“群钻”的刃磨
“群钻”和其他型式的钻头一样,可通过手工刃磨和机械刃磨来实现。手工刃磨依赖操作人员的技艺,灵活易变,效率高;机械刃磨则依赖设备的质量和操作技术,有利于保证刃磨质量的一致性。当然机械刃磨是发展方向。机械刃磨的设备又分纯机械式的和数控式的。国内研究“群钻”刃磨设备的不乏其人,比较成功的只是少数。四川省益华工业科技开发研究所研制了纯机械式的“群钻”刃磨机有5种规格,能刃磨Φ3~Φ100mm的各种钻型的“群钻”及其他刀具,价格较低,易于推广使用。湖南大学和长沙第五机床厂研制的数控式的五坐标的“群钻”刃磨机床,能刃磨Φ5一Φ40mm的各种“群钻”及其他刀具,设计先进,运动精确,自动化程度高,惟价格较贵。还有一些单位对工具磨床加以改造,装上机械式夹具或数控式装置,亦可实现刃磨“群钻”。




