高效钻头成孔加工和螺纹加工主流刀具

历史学家认为，第一支丝锥大概制造于公元前年，而钻孔工具的问世还要早得多。尽管这些基本制造工艺已年代久远，但意义重大的技术进步却一直延续到今天。

航空、医学、石油等行业的需求推动了大多数加工技术的进步，其中主要是对高精度、高效率、小尺寸以及（在许多情况下）对“清洁加工”的需求。

在加工直径50mm或更小的孔时，钻头仍然是占有绝对优势的工具，尽管激光、“水刀”和放电加工在孔加工领域的应用也在不断增长。目前，硬质合金已成为许多工业加工的首选基础材料。多功能钻头也很受欢迎。许多用户为了获得与其生产要求相匹配的数控刀具，宁愿支付更高的刀具价格。

为了满足加工新的金属材料的需求，肯纳公司（Kennametal）开发了一种采用新牌号和新的几何设计的可转位式钻头。据肯纳公司的ChetParzick介绍，该公司的钻头已能钻削加工直径小至3mm、孔深达到30倍孔径的小深孔。这些长钻头大部分都是为汽车零部件的加工而开发的。

大昭和精密工具公司（BIGKaiserPrecisionTooling）的TimStapula指出，对精密加工的需求推动了带亚微米级可调镗头的镗削刀具的开发。例如，许多航空和汽车行业的用户要求达到±0.mm的镗孔精度，为了实现流水线的高速运转，这是必须保证的。为了确保精确定位，该镗刀上配备了可用于高速镗削的微调螺距差动螺钉和平衡调节盘。对于更小孔径的加工，该公司提供了孔径尺寸范围4－20mm的Quatro15plus钻头系列。为了夹持直径更小的钻头和立铣刀，大昭和提供了一种转速为50－rpm的空气主轴，其径跳误差仅为3?m。

当今的美国市场是由航空工业、石油天然气工业的发展推动的。这两个行业都大量使用不锈钢和高温超级合金（HRSA）材料。为了满足加工这些材料的需求，山特维克可乐满公司开发了CoroDrill钻头系列（孔径12－64mm，孔深可至5D）。该公司的钻削产品专家CurtisCole指出，在钻头设计中，常常采用可转位刀片式钻头进行半粗加工和半精加工。整体硬质合金钻头的成本较高，但钻削精度高、定位能力好。整体硬质合金通常用于制造直径20mm以下的钻头。山特维克的CoroDrill可转位钻头的加工性能比它所替代的产品大幅提高。RDelta-C钻削系统（金箭钻）也是山特维克的最新产品，其特点是采用了正角钻尖形状设计、具有连贯一致的外形曲线和保护圆角的切削刃，以及能流畅排屑的较深槽型。这些设计有利于采用较高的切削速度、减小切削力和延长刀具寿命，使刀具均匀磨损，将刀尖角破损的可能性降至最低，稳定切削性能。

ATIStellram公司新开发了一种双重材料硬质合金钻头，其特点是应用了“硬芯”技术——钻头芯部采用一种可抵抗刀尖破损的微细晶粒硬质合金材料。据称，该钻头的寿命是目前市场上常见的其它高性能钻头的4倍。Stellram公司全球产品经理WernerMueller解释说，该钻头采用了两种不同牌号的硬质合金材料，一种具有较好的弹性，足以承受施加在钻尖上的切削压力；另一种具有较好的耐磨性，可与刀具外径处的高速度相匹配。当刀具的外周切削刃以很高的表面速度进行切削时，钻尖则可以吸收高切削压力并基本保持稳定。所用的两种硬质合金牌号都是根据加工要求专门设计的，可以根据被钻削的工件材料选用不同的硬质合金牌号及其组合。由于磨损力减小，为了实现“零径跳”，采用了°的钻尖角。目前，该公司已能提供用于切削钢和铸铁的钻头牌号，其长径比为3∶1和5∶1。年内将可提供长径比为5∶1和8∶1的内冷式钻头。

Werner介绍了一个应用实例：某种加工要求在4淬硬钢上加工个孔，原来需要使用3支钻头，加工时间超过66分钟。而使用1支“硬芯”钻头进行加工，仅用34分钟就钻完了个孔（加工速度为每孔2.5秒）。

联合机械工程公司（AlliedMachineandEngineering，AMEC）的产品经理RobBrown表示，“我们非常重视对客户需求的快速响应。客户不想知道什么时候货可以送到，他们只想知道为什么现在货还没送到！这是因为缩短开发周期的压力很大，而车间里干活的人很少。与此同时，机床的单位时间运行成本也在不断提高。我们公司拥有一个很大的刀具成品库，备有各种几何参数、不同长度和涂层的刀具。我们还可以为水电、建筑钢材、汽车等特定行业提供适合其加工特点的刀具。”AMEC也能以最短的响应时间提供定制刀具。为了有助于专用刀具的快速交货，AMEC开发了Insta-Quote系统，这是一种在线报价软件包，可以实时提供产品报价和图纸。为了缩短加工周期、减少刀具库存，市场对多功能刀具的需求也很大。AMEC不断向市场推出孔加工解决方案及产品，如GEN3SYS高钻进率钻削系统、GEN2T-A开放式钻头，以及最新开发的RevolutionDrill，这是一种可调式IC钻头，其直径方向的最大调节量可达0.°，最大长径比为4.5。

在最极端的情况下，已有可能在人的头发丝上钻出直径为30?m的小孔。说得更实际一些，已有可能在钛合金零件的倾斜表面上钻出直径0.1mm、深度0.9mm的孔。

然而，在使用微型钻头加工时，有一些参数是必须考虑但常常被忽略的。一个参数是主轴径跳，粗而短的钻头比细而长的钻头对主轴径跳更不敏感；其他参数包括主轴的谐振、Z轴的精度和主轴的刚性。

在普通机床或数控机床上，钻削深度达到孔径的15倍是可能的。可以采用两步加工法：先用浅孔定心钻加工，再用加长钻加工。例如，在非金属材料或塑料上，钻削深度可达到孔径的23倍。

如今，刀具供应商已经开发了许多刀具产品系列，每一种都有其特定用途。有一种三槽钻头，虽然并非全新设计的产品，但由于它能承受较大的扭矩，因此在加工轻型材料时可以实现很高的材料去除率。在加工大长径比的孔时，三槽钻头比标准的二槽钻头性能更佳。

关于钻尖几何形状，已有数百种设计方案。最理想的方法是针对每种特定的加工条件设计最优加工方案，而不是试图用一种加工方案去解决所有的加工问题。

在钟表行业，需要攻丝的孔径小到0.35mm，需要在采用精密电主轴的高精度机床上用刚性丝锥加工，这种孔通常采用“啄击”攻丝方式。

可以证明，在各种螺纹加工方式中，攻丝的效率最高。丝锥能以很短的加工周期加工出螺纹，并获得一致的加工质量和较长的刀具寿命。通过对丝锥的退刀槽、倒锥、螺纹长度和排屑槽型等的独特设计，可以获得很高的加工速度。Emuge公司开发的全速丝锥可以在现代数控机床进行高速攻丝。如果攻丝时间每小时缩短10分钟（机床费用为每小时美元），则每年可以节省12.5万美元，机床加工能力将提高小时。

根据加工需要，螺纹铣削也是螺纹加工的一种非常不错的选择。设计的螺纹铣刀具有高的切削速度和进给量，加工出的螺纹具有良好的廓形、表面光洁度和尺寸精度，通过对螺纹深度和位置的严格控制，可以保证最优化的螺纹精度，螺纹铣削的优势还包括能加工难加工材料、可避免丝锥折断在工件内，以及形成易于控制的细小切屑。