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孔加工技术的最新发展动向

信息来源:plantb2b.com  时间:2008-10-25  浏览次数:82

  在零部件加工方面,孔加工所占的比例依然很高,有关高效率、高精度孔加工的技术发展动向也备受大家关注。近期,由于孔加工技术和产品的快速发展,使涂层硬质合金钻头、铰刀等孔加工刀具的使用量大幅度增加。
  涂层硬质合金钻头的切削刃形状已得到优化,旨在提高其加工性能。例如,在钻头的顶角、横刃的修磨、采用直柄(与立铣刀杆同一直径)等方面都进行了完善的考虑。
  采用铰刀进行孔的精加工、采用螺纹立铣刀进行螺纹孔的加工等方面,同样朝着提高加工速度和精度的方向发展,使刀具产品和加工方式呈现出多样化。
  本文将介绍孔加工技术的最新发展动向。
  高速、高精度钻削加工
  过去,钻孔加工主要采用高速钢钻头,钻削加工技术也一直没有太大变化。
  但是,随着涂层硬质合金钻头的使用不断增加,出现了钻削加工高速化、高精度化的趋势,而且考虑到环保要求,引入了干式切削、半干式切削等技术。孔加工的新发展主要表现为:①涂层硬质合金钻头能以超过60m/min的切削速度进行加工,实现了平均只需几秒钟即可加工一个孔的高速钻孔;②开发了用于钻削高硬度钢的钻头,使钻削加工60HRC左右的高硬度钢成为现实;③干式、半干式钻削加工孔深达钻头直径约20倍的深孔已有加工应用;④钻头外侧切削刃的R形设计可有效防止在孔的出、入口部位产生毛刺,并可改善孔内壁表面粗糙度。
  钻头切削刃形状增加了平面形状的第3个后刀面,使横刃部分很薄,减少了钻削时的轴向力。
  尽管减小切削刃部分所受切削力的目标一致,但不同生产厂商的钻头切削刃形状各具特色,呈现出多样化的趋势。
  另一方面,对于像模具零部件这种钻孔加工较少的情况,追求的是合理地进行孔加工,除采用钻头等孔加工专用刀具外,还采用了立铣刀,按照螺旋线或环形走刀方式进行铣孔加工,从而减少了加工不同规格孔时所需的刀具数量。
  关注度不断提高的微小孔切削加工技术
  在电子(包括数字家电、数码相机等相关领域)、医学等领域,对于许多有望在世界范围得到发展的产品,要求在其微型结构上进行微小孔加工时既要达到高精度,又要实现高效率。最近出现了能够对微小孔进行高速、高精加工的小型高速加工中心,使钻头微型化趋势不断强化。
  另一方面,微小孔加工技术已涉及到切削、放电、激光、电子束以及冲压等领域,因此需要选择最适当的加工方法。在这些加工方法中,能够很好地适应产品数量、孔加工模式、加工精度等变化的加工方法仍然是切削加工,现在其使用范围也最为广泛。
  进行微小孔钻削时,能够达到的最小孔径是由所能制造的钻头直径决定的。据数家公司介绍,现在微型钻头的直径可达到10~20μm。
  钻削微小径孔时,切削参数的设定因钻头材质而有所不同。硬质合金及涂层硬质合金钻头因基体材质的弹性模量(杨氏模量)较高,高速旋转时因离心力引起的钻头刀刃前端振动很小,因此可采用该刀具材质标准切削速度的高转数进行钻削。而烧结金刚石钻头则可按最高切削条件进行钻削,由于它具有优良的抗粘结性,因此可实现高精度、长寿命加工。
  在一件产品上钻削数百个乃至数千个微小孔的情况也很多,此时需要考虑发生孔径扩大、弯曲和孔距精度要求等因素。采用图4所示的导向孔或中心孔,可防止钻头前端发生振动。进行适量反向进给,能够确保排出切屑,有效防止钻削故障。
  另一方面,适用于微小孔加工用的加工中心具有高速回转时振动小、能实现高精度平稳定位的特点,并具有良好的动态特性。
  近年来,必须使用微钻加工的工件材料从高硬度钢、不锈钢、铜合金、钛合金到陶瓷,涉及范围十分广泛,设定的最佳切削条件也随之变化。
  钻头切削时需要使用冷却液。例如,钻削不锈钢时需要向切削刃供给润滑性能高的切削液;而像陶瓷一类的材料会产生粉末状切屑,只有使用水溶性切削液才能有效排出碎屑。所以,应针对不同的被加工材质选用相应的切削液。
  为使微小直径钻头以最佳切削速度进行钻削,加工中心主轴应具备高速旋转功能,高速加工中心的最高主轴转数约为每分钟3~5万转。
  控制微钻的刀刃形状和柄部振摆对于提高孔加工精度、延长刀具使用寿命行之有效,因此高精度的钻头刃磨必不可少,即必须具备能实现1μm进给量的进给机构、高振摆精度的砂轮主轴的高精度工具磨床,以及高水平的刀具磨削技术和高精度检测系统。
  用于高速、高精度钻削的钻夹工具系统
  与称为钻夹头的三爪式夹头相比,使用更广泛的钻夹工具系统是具有高刚性、高振摆精度的弹簧夹头系统。
  插入式弹簧夹头系统具有可夹持钻头直径范围广、夹持刚性好、夹持精度高等优良性能。近年来,为了提高夹持速度和精度,热装式夹持系统日益受到关注,它非常适合用于夹持转速达数万转的微小直径钻头。
  孔的高速、高精度精加工及螺孔切削
  使用最多的孔的精加工刀具仍然是铰刀、镗刀等,但也可以使用立铣刀按螺旋线或环形走刀方式进行精密铣孔加工。可采用涂层硬质合金、CBN等材质制造具有可调切削刃尺寸功能的镗孔刀具,以提高切削速度及刀具寿命。
  对于螺孔加工,由于采用了螺纹立铣刀和螺旋插补加工技术,使高速、高精度螺纹切削得以实现。用于M3左右小直径螺纹加工用立铣刀已经面市,对更小直径螺孔加工技术的研究也正在进行。
  用于高速钻孔的加工中心
  高速、高精度孔加工在要求钻头实现高速切削的同时,也要求缩短钻头移动的时间,这对于数百个以上的多孔加工是不可回避的问题。
  以上简要介绍了近年来孔加工技术的发展,虽然仍然采用传统的切削加工方法,但在刀具、装夹系统、机床、使用技术等加工体系的各个环节都已取得了切实进展。
  为了改革制造业,在促进高附加值生产中,孔加工是不可或缺的加工技术,对于产品的质量、成本等都具有很大影响。近年来,伴随着产品的小型化和高性能化,对微细形状、微小直径加工技术的需求也有所增加。另一方面,可采用微径钻头加工微孔的小型数控加工中心的出现、涂层硬质合金等高性能刀具材料的应用以及高刚性高速钻头的出现,标志着我们已经迎来了真正意义上的微小孔加工时代。
  然而,在技术飞速发展的今天,进一步开发和完善提高涵盖加工中心、刀具、装夹系统、加工条件等的数据库、生成NC程序的CAM系统、工具管理等为实现稳定、可靠的孔加工而构筑的整个加工体系,是生产技术人员面临的重要课题。

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