越來越多的加工車間正用整體硬質(zhì)合金鉆頭取代槍鉆加工深孔。

    在過去槍鉆占主導(dǎo)地位的深孔加工刀具市場中，能鉆削深度達(dá)16－40倍孔徑深孔的新一代整體硬質(zhì)合金麻花鉆正占有越來越大的份額。為了提高加工精度和排屑性能，這種整體硬質(zhì)合金鉆頭采用了橫刃和螺旋槽，并采用高密度硬質(zhì)合金材料以提高硬度，從而使其能以比槍鉆快5－10倍的速度進(jìn)行鉆削加工。

    一些整體硬質(zhì)合金鉆頭制造商認(rèn)為，此類鉆頭的性能優(yōu)勢對于那些在自己的車床上用槍鉆加工深孔，或?qū)⑸羁准庸と蝿?wù)轉(zhuǎn)包給槍鉆加工車間的制造商具有越來越大的吸引力。然而，他們也指出，與槍鉆——通常采用硬質(zhì)合金或淬硬高速鋼鉆尖、淬硬鋼刀柄和直槽——相比，整體硬質(zhì)合金深孔鉆頭也存在一些局限性。例如，它們的鉆孔深度極限值（標(biāo)注尺寸）為40倍孔徑，而槍鉆可以輕而易舉地鉆削深度達(dá)50倍孔徑以上的深孔。

    既制造槍鉆，也生產(chǎn)整體硬質(zhì)合金鉆頭的伊斯卡公司孔加工產(chǎn)品經(jīng)理TomEdler指出，槍鉆可以鉆削加工各種難加工材料，“由于槍鉆的加工速度較慢，因此排屑較容易。在鉆削鈦合金和不銹鋼時(shí)，排屑是一個(gè)大問題，而槍鉆在加工難加工材料時(shí)具有更好的通用性。在這些加工中，槍鉆仍然會被大量使用。”

    采用整體硬質(zhì)合金深孔鉆頭的另一個(gè)障礙是，加工人員對其脆性并由此引起斷裂的潛在危險(xiǎn)感到擔(dān)心。例如，Bosco加工車間的CNC數(shù)控車床操作者RayDomingue曾經(jīng)懷疑，用一支直徑6.35mm的整體硬質(zhì)合金鉆頭，能否在不到4分鐘的時(shí)間內(nèi)，在像Nitronic50氮強(qiáng)化奧氏體不銹鋼這種極難加工的合金材料上鉆削出240mm的深孔，而鉆頭仍能保持完好（就像一位刀具銷售人員宣稱的那樣）。

    但是，Domingue必須試一下。去年，與大多數(shù)加工車間一樣，他的老板也將簡化操作、削減成本作為優(yōu)先任務(wù)。去年8月，該公司決定將以前轉(zhuǎn)包給外單位的槍鉆深孔加工改為由本車間自行加工。該加工任務(wù)包括在120個(gè)稱為伽馬串列的石油零件上鉆削一個(gè)深度為240mm的深孔。工件材料為Nitronic50不銹鋼，這種材料含有22％鉻和接近12％的鎳，具有很高的磨蝕性，鉆削加工難度極大。

    該車間計(jì)劃在自己的HaasSL30車床上用槍鉆加工這些深孔。Domingue介紹說，“我們購買了幾支直徑6.35mm的槍鉆。我編制了加工程序，開動機(jī)床進(jìn)行加工，鉆削一個(gè)240mm的深孔大約用了24分鐘?！痹诩庸ち藥讉€(gè)零件后，刀具制造商Guhring公司的銷售代表到車間來走訪用戶。“他告訴我，如果用他們的整體硬質(zhì)合金鉆頭，只需3－4分鐘就能鉆一個(gè)同樣的孔。我說，‘果真如此嗎？我們要試一試，如果行，我會購買這種刀具。’說實(shí)話，我并不相信整體硬質(zhì)合金鉆頭能做到這一點(diǎn)，鉆削Nitronic不銹鋼是一種最困難的加工，而硬質(zhì)合金的脆性又非常大。”

    Domingue首先將一支標(biāo)準(zhǔn)長度硬質(zhì)合金鉆頭裝夾在車床上，鉆了一個(gè)2倍孔徑深（約13mm）的導(dǎo)向孔，然后轉(zhuǎn)而使用Guhring公司的RT100T內(nèi)冷卻整體硬質(zhì)合金鉆頭（直徑6.35mm，長度為30倍直徑）進(jìn)行鉆削加工。他說，“我在轉(zhuǎn)而使用Guhring鉆頭后，編制了一個(gè)M00代碼。然后采用車床冷卻系統(tǒng)的高壓噴頭，提供2000psi、3.5gpm的高壓冷卻液。由于采用高壓冷卻，因此選用了密封式套筒夾頭來夾持鉆頭。當(dāng)鉆頭鉆入孔中后，就開啟高壓冷卻噴頭。”切削參數(shù)為：圓周切削速度42m/min（140sfm），主軸轉(zhuǎn)速2140r/min，進(jìn)給率0.089mm/r。鉆削每個(gè)孔的加工時(shí)間（包括鉆導(dǎo)向孔在內(nèi)）約為3.5分鐘。在必須對鉆頭進(jìn)行重磨和重新涂層（TiAlN涂層）前，一共加工了65個(gè)孔。

    Domingue補(bǔ)充說，整體硬質(zhì)合金鉆頭產(chǎn)生的切屑“小而緊”，2000psi的高壓冷卻有助于確保切屑快速排出。此外，這種鉆頭證明具有很高的加工精度，孔的終端徑跳小于0.25mm。

    從生產(chǎn)率的角度來看，整體硬質(zhì)合金鉆頭的加工效率比槍鉆提高了8倍；從加工成本的角度來看，Bosco加工車間節(jié)省了外協(xié)加工的勞動力成本和運(yùn)輸成本。盡管整體硬質(zhì)合金鉆頭的價(jià)格（375美元）比槍鉆（70美元）高5倍多，但生產(chǎn)率的大幅提高很快就能抵消和超過刀具成本的增加。

    刀具性能試驗(yàn)

    在去年9月進(jìn)行的一次刀具性能試驗(yàn)中，Guhring公司將其RT100T整體硬質(zhì)合金鉆頭與槍鉆的切削性能進(jìn)行了比較。用這兩種直徑為6.35mm的鉆頭在Nitronic50材料上各鉆削1000個(gè)深度為240mm的孔。Guhring的硬質(zhì)合金鉆頭在22.59小時(shí)內(nèi)完成了全部加工，而槍鉆則耗時(shí)323.48小時(shí)。按車間平均水平，將每小時(shí)65美元的加工成本折算為每孔加工成本，RT100T硬質(zhì)合金鉆頭為4.46美元，而槍鉆達(dá)到37.06美元。

    Guhring公司除了3年前上市的、用于加工長徑比為20和30深孔的系列整體硬質(zhì)合金鉆頭以外，又于去年11月推出了能鉆削長徑比達(dá)40的深孔鉆頭。該公司的Hellinger介紹說，“實(shí)際上，還可以鉆削更深的孔，取決于鉆頭的直徑。例如，直徑3.2mm鉆頭的螺旋槽長度大約為150mm，因此可以鉆削長徑比達(dá)45的深孔。”

    與伊斯卡公司的Edler一樣，Hellinger也很清楚硬質(zhì)合金鉆頭的局限性，他認(rèn)為，“對于整體硬質(zhì)合金鉆頭來說，不銹鋼、淬硬鋼和合金鋼比較容易加工。我們還用它來加工鑄鐵。用它加工鎳基合金時(shí)表現(xiàn)也很不錯(cuò)。但這種鉆頭或許并不是加工冷硬鑄鐵或鋁合金的最佳選擇。不過，我們已為加工鋁合金專門設(shè)計(jì)了一種硬質(zhì)合金鉆頭，其螺旋槽的設(shè)計(jì)較為平緩，這種鉆頭大約6個(gè)月后就能作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品上市?！?/p>

    減小鉆削力

    伊斯卡公司3年前推出的整體硬質(zhì)合金深孔鉆頭能夠加工長徑比為22的孔。這種鉆頭采用了140°的正鉆尖角和四棱帶設(shè)計(jì)，可最大限度地減小鉆削力，起到輔助定心和保護(hù)切削刃的作用。該公司對鉆頭的螺旋槽、棱帶和切削刃進(jìn)行了涂層后磨光處理，以減小摩擦和加工所需的扭矩。刀具材料采用了亞微米晶粒硬質(zhì)合金，含鈷量為10％，具有實(shí)現(xiàn)快速鉆削的關(guān)鍵特性。Edler介紹說，“這種牌號的晶粒尺寸為0.8μm，其高密度成分使鉆頭具有良好的硬度和韌性?！卑凑諅鹘y(tǒng)理論，硬度與韌性是兩種相互對立的特性?！耙话銇碚f，制造這么長的鉆頭，為了獲得所需的強(qiáng)度，必須采用韌性好的硬質(zhì)合金牌號，但良好的韌性并不能轉(zhuǎn)化為良好的耐磨性。”

    Edler補(bǔ)充說，“深孔鉆削是一種極其困難的加工，因?yàn)樗窃诜忾]的環(huán)境中進(jìn)行，切削熱很難消散。在加工某些工件材料時(shí)，熱量無法傳入材料中，就會傳入硬質(zhì)合金鉆頭中。因此，只有具有高硬度，才能兼顧硬質(zhì)合金鉆頭的強(qiáng)度和耐磨性，使我們能以大進(jìn)給量進(jìn)行加工?！?/p>

    Edler指出，用整體硬質(zhì)合金鉆頭實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給量加工的另一個(gè)關(guān)鍵要素是冷卻。

冷卻液壓力越高，冷卻效果越好。他推薦采用1000－1400psi的壓力，“理想的效果是把切屑沖出來，在鉆削深孔時(shí)，這始終是一個(gè)難題?！彼a(bǔ)充說，用整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆削深孔時(shí)，采用最小量潤滑（MQL）方式也很有效。

    強(qiáng)化鉆尖設(shè)計(jì)

    山高刀具公司（SecoToolsInc.）是最近進(jìn)入整體硬質(zhì)合金深孔鉆頭市場的刀具制造商之一。它在今年早些時(shí)候推出了SD16鉆頭，作為其Feedmax產(chǎn)品系列的一部分，該鉆頭能加工深度為16倍孔徑的深孔（山高公司還可以定制長徑比達(dá)25的深孔鉆頭）。

    山高公司孔加工經(jīng)理TomSandrud表示，“我們選擇了一種不同于標(biāo)準(zhǔn)圓錐鉆頭的鉆尖幾何形狀設(shè)計(jì)。這是一種四面體鉆尖形狀，有一個(gè)主后角和一個(gè)副后角，可以更好地保護(hù)鉆頭中心處的鉆尖。它能產(chǎn)生一個(gè)自由切削橫刃，并能幫助鉆頭定位?！?/p>

    他補(bǔ)充說，SD216整體硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使正式加工前不需要再預(yù)鉆導(dǎo)向孔。此外，該鉆頭采用的雙棱帶加上寬邊副棱帶的設(shè)計(jì)使其能“在鉆削加工剛一開始就切入工件，從而有助于加工出良好的孔型，保持很小的幾何形狀誤差，并確保孔的直線性?！?/p>

    Sandrud表示，盡管山高公司最近才開始涉足整體硬質(zhì)合金深孔鉆頭市場，但其新型鉆頭的銷售量正在穩(wěn)步增長——而且他預(yù)計(jì)，深孔鉆削技術(shù)還將進(jìn)一步發(fā)展，“在最近四五年內(nèi)，更多像山高這樣的企業(yè)會將深孔鉆頭加入到其產(chǎn)品線中。我們的競爭對手正沿著與我們相同的方向不斷努力?！边@一發(fā)展方向就是：盡可能將鉆頭做得更長，使其加工效率更高。