隨著立方氮化硼材料和優(yōu)質(zhì)現(xiàn)代陶瓷刀片的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，淬硬材料的加工能實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨、以銑代磨。銑削是斷續(xù)切削，以銑代磨除用CBN和陶瓷刀片外，強(qiáng)韌性好的超微粒硬質(zhì)合金再加表面涂覆高紅硬性?xún)?yōu)質(zhì)涂層的刀具也能勝任加工淬硬鋼材。本文介紹了三菱公司開(kāi)發(fā)的MHS型淬硬模具鋼孔加工用整體硬質(zhì)合金鉆頭。

　　國(guó)際生產(chǎn)工程研究學(xué)會(huì)(CIRP)曾有研究報(bào)告指出：“由于刀具材料的改進(jìn)，刀具切削速度每隔10年提高1倍。而由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進(jìn)，刀具壽命每隔10年，幾乎平均提高2倍?！痹谛虏牧涎兄频幕A(chǔ)上，新的刀具結(jié)構(gòu)能發(fā)揮更大的功效。刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于空間曲面形狀紛繁，各種截面、尺寸、三維角度等處理難度大，計(jì)算和表達(dá)非常復(fù)雜。近年來(lái)由于CAE和CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，可以切實(shí)找出切削時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變、溫度分布場(chǎng)分布，以合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，但是這樣求出的結(jié)構(gòu)形狀往往很復(fù)雜，難以制作實(shí)現(xiàn)。但近年來(lái)CAM技術(shù)、模具制造技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、五軸聯(lián)動(dòng)加工、刃磨技術(shù)等進(jìn)步很快，以前難以實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。

　　近10年來(lái)模具工業(yè)迅速發(fā)展，作為它的使用材料，對(duì)于模具鋼一般先進(jìn)行其上的導(dǎo)柱孔、注射孔、冷卻水孔及型腔的初步切削加工，然后再進(jìn)行熱處理，熱處理工序往往會(huì)使加工面和零件產(chǎn)生變形，變形部位需通過(guò)磨削等高成本、低效率的方法進(jìn)行精加工，以達(dá)到圖紙要求。如果能用鉆淬硬模具鋼的鉆頭，加工己淬硬型腔的立銑刀，則工序可以簡(jiǎn)化為先熱處理，后鉆孔、銑型腔，達(dá)到最終加工要求。這樣可大大縮短工藝流程、提高生產(chǎn)效率。

　　傳統(tǒng)麻花鉆的缺點(diǎn)

　　鉆孔一般采用麻花鉆，為了能在淬硬鋼上鉆出孔，首先必須要對(duì)傳統(tǒng)麻花鉆的結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)麻花鉆的缺點(diǎn)為：

　　(1)在實(shí)體材料上鉆孔會(huì)產(chǎn)生大量切屑，為排出切屑，鉆頭必須有螺旋槽，而螺旋槽會(huì)削弱鉆頭的強(qiáng)度。為保證鉆頭必要的強(qiáng)度以使鉆芯有足夠厚度支撐鉆頭工作，槽不能做得太深、太寬，這樣在鉆頭前端必然出現(xiàn)一定寬度的橫刃，舊麻花鉆橫刃處的前角約為-50°。橫刃處不能正常切削，而能刮擦、擠壓工件，因而產(chǎn)生很大的軸向力。淬硬鋼強(qiáng)度、硬度高，所造成的軸向力更高，極難鉆入。

　　(2)由于螺旋槽面構(gòu)成了主刀刃的前刀面，故主刀刃各處的前角是不同的。舊麻花鉆在鉆頭外圓處前角約為30°，很鋒利但刀刃強(qiáng)度很低，易損傷;而接近橫刃處，前角約為-30°，切削性能很差，消耗切削動(dòng)力大。其間各點(diǎn)除前角外，各處切削速度也不同，生成及排除切屑的條件和狀態(tài)均不相同。

　　(3)鉆頭鉆入后，為保證孔的直線度，提高孔的表面粗糙度水平和加工穩(wěn)定性，除靠自身剛性外，主要依靠2條刃帶構(gòu)成的副刀刃的支托導(dǎo)向。但由于刃帶的寬度很小，支托導(dǎo)向作用顯得很不足，只有足夠堅(jiān)實(shí)的支托和導(dǎo)向，才能保證孔的加工精度，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和鉆頭壽命。

　　MHS系列鉆頭的改進(jìn)與創(chuàng)新

　　如圖1所示，三菱研制的MHS系列鉆頭在結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)與創(chuàng)新有：

　　(1)對(duì)鉆頭頂部進(jìn)行X形修磨，使橫刃長(zhǎng)度為0，并將構(gòu)成鉆頭后刀面的頂面磨成三重后刀面，從而使鉆入時(shí)的定心和磨損后的重磨很方便。短孔可直接鉆入;深孔可先用短鉆頭鉆出1D(鉆頭直徑)孔深作為導(dǎo)孔，再用長(zhǎng)鉆頭鉆出。

　　(2)改進(jìn)主刀刃和螺旋槽面，將主刀刃近鉆芯處設(shè)計(jì)為凹刃，使原來(lái)形成負(fù)前角處達(dá)到正前角，從而提高了該處的切削鋒利性和切除切屑的性能;將主刀刃近外圓處設(shè)計(jì)成凸刃，使正前角減少，從而提高了該處的切刃強(qiáng)度。主刀刃變成凹凸刃后，前刀面(螺旋槽面)構(gòu)成復(fù)雜的波浪型面，提高了排屑性能。

　　(3)鉆頭芯厚比一般鉆頭粗，剛性高。

　　(4)螺旋角比一般鉆頭小，螺旋角越小，抗扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度越高。

　　(5)與2個(gè)刃帶成90°，兩側(cè)制成寬而厚的導(dǎo)向部分。鉆削時(shí)由不穩(wěn)定的2窄刃帶支撐變成穩(wěn)定的4面支撐。設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

　　·可承受徑向切削力，使支承穩(wěn)定，抑制振動(dòng);加工孔直線精度高，表面粗糙度值低。

　　·加工穩(wěn)定，孔徑尺寸波動(dòng)小，刀具壽命長(zhǎng)。

　　·可進(jìn)行斷續(xù)切削。

　　·可鉆深孔。帶導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)很多，早已被各大刀具公司采用，如德國(guó)MAPAL的帶導(dǎo)塊精密鏜刀、精密鉸刀，MILLER的鉆頭，BOTEK的深孔鉆，三菱以往的超級(jí)輥光鉆頭等。

　　基于上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，MHS系列鉆頭在承受軸向力時(shí)，對(duì)壓桿穩(wěn)定失效的抵抗能力比以往產(chǎn)品增強(qiáng)37%。

　　MHS系列鉆頭加工實(shí)例

　　MHS系列鉆頭與三菱WSTAR系列所用材料一樣，母體為超微粒硬質(zhì)合金TF15，外表涂層為用先進(jìn)MIRACLE技術(shù)沉積的(Al，Ti)N，材料牌號(hào)為VP15TF，如圖2所示。最適合鉆削硬度為HRC35～55的材料。

　　1 高品質(zhì)加工實(shí)例

　　(1) 造成鉆孔尺寸差、精度不高的主要原因?yàn)椋恒@頭抖動(dòng)造成孔的擴(kuò)大，擴(kuò)大量超過(guò)孔允許的最大值，即為不合格品。故應(yīng)控制擴(kuò)大量，可控制擴(kuò)大量越小，鉆頭加工精度越高。MHS系列鉆頭通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，導(dǎo)向性好，剛性高，切削性能好，以圖3為例，孔加工擴(kuò)大量小，達(dá)到7級(jí)精度。這相當(dāng)于一般鉆孔后再加一道初鉸工序。本例加工孔的長(zhǎng)徑比L/D=70/5=14。

　　·切削條件。工件材料：DH31S(合金工具鋼);硬度：HRC48～50;鉆頭：MHS0500L090B(φ5mm);加工孔深：70mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：191mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機(jī)床：立式加工中心。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r。

　　(2)鉆孔后，表面粗糙度是加工品質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)之一。由于結(jié)構(gòu)改進(jìn)，振動(dòng)得到抑制，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對(duì)加工壁面尚有一定擠壓輥光作用。以圖4為例，加工后表面粗糙度值為1.743μm，此值一般需鉆后再經(jīng)初鉸和精鉸才能達(dá)到。

　　·切削條件。工件材料：SKD11;硬度：HRC48～50;鉆頭：MHS0500L120B(φ5mm);加工孔深：100mm(通孔);切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.10mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：127mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機(jī)床：立式加工中心。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.10mm/r。

　　2 高速高效加工實(shí)例

　　本例工件材料硬度HRC40，雖較前面2例低，但以前面2例2～4倍的切削速度高效加工，在不同進(jìn)給量條件下，取得滿意的結(jié)果。圖5為實(shí)攝其切屑圖。切屑生成形態(tài)良好，可穩(wěn)定高效切削。

　　·切削條件。工件材料：CENA1(塑料成型用模具鋼);硬度：HRC40;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm;切削速度：60m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：477mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機(jī)床：立式加工中心。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：60m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r。

　　3 MHS系列鉆頭加工不同工件材料切削性能實(shí)例

　　這里按硬度由低到高描述各類(lèi)材料的加工結(jié)果。鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)一般按后刀面VB值來(lái)衡量，通常VB值設(shè)定為0.2～0.3mm。磨損達(dá)到此高度后，不應(yīng)繼續(xù)使用，必須重磨。在各示例中，還顯示了不同切削速度和進(jìn)給量條件下切屑形態(tài)、動(dòng)力波形變化和刀刃磨損情況。

　　(1)鉻合金不銹鋼STAVX(HRC33)實(shí)例

　　如圖6所示，在本例切削條件下，加工到180個(gè)孔后，VB值僅達(dá)到0.05mm，僅為規(guī)定值的1/4，故可加工多個(gè)孔后重磨。圖6(c)為此時(shí)主后面、前刀面、副后面的磨損狀況，由圖可知能持續(xù)使用。

　　·切削條件。工件材料：STAVAX(鉻合金不銹鋼);硬度：HRC33;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm(通孔);冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻)。

　　·壽命試驗(yàn)條件。切削速度：40m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：318mm/min。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深： 6mm;切削速度：40m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r。

　　(2)壓鑄模具鋼DAC55(HRC45)實(shí)例。

　　如圖7所示，在本例切削條件下，加工到120個(gè)孔后，VB值僅達(dá)到0.1mm，為規(guī)定值的1/2，尚可繼續(xù)加工。

　　·切削條件。工件材料：DAC55(壓鑄模具鋼);硬度：HRC45;鉆頭：MHS0600L150B(φ6mm);加工孔深：115mm;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻)。

　　·壽命試驗(yàn)條件。切削速度：30m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.10mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：159mm/min。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：30m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.1mm/r。

　　(3)合金工具鋼DH313(HRC50)實(shí)例。

　　如圖8所示，本例工件材料硬度較高，達(dá)HRC50，故鉆頭磨損較上2例快。加工100個(gè)孔后已達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，重磨后才能繼續(xù)加工。但這樣高的硬度，能加工到100個(gè)孔已屬不易。另外，加工到100個(gè)孔時(shí)，右切削刃雖出現(xiàn)較大磨損，但切削動(dòng)力波形始終穩(wěn)定。說(shuō)明切削過(guò)程是穩(wěn)定的。

　　·切削條件。工件材料：DH31S(合金工具鋼);硬度：HRC50;鉆頭：MHS0500L090B(φ5mm);加工孔深：70mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.15mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：191mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機(jī)床：立式加工中心。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0500L020B(φ5mm);加工孔深：5mm;切削速度：20m/min;進(jìn)給量：0.15mm/r。

　　(4) 模具鋼SKD11(HRC55)。

　　如圖9所示，本示例工件材料硬度高達(dá)HRC55，一般專(zhuān)為加工淬硬鋼開(kāi)發(fā)的鉆頭約可鉆5個(gè)孔，MHS鉆頭可加工20個(gè)孔。照片顯示鉆完5個(gè)孔后，MHS型鉆頭磨損很少，可繼續(xù)加工。

　　·切削條件。工件材料：SKD11;硬度：HRC55;鉆頭：MHS0600L120B(φ6mm);加工孔深：95mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.05mm/r(一次進(jìn)給);進(jìn)給速度：53mm/min;冷卻方式：水溶性切削液;切削液供給壓力：2MPa(內(nèi)部冷卻);使用機(jī)床：立式加工中心。

　　·導(dǎo)孔切削條件。鉆頭：MHS0600L030B(φ6mm);加工孔深：6mm;切削速度：20m/min;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.05mm/r。