微小孔钻削技术浅论

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【摘 要】在零部件加工中，孔加工是非常重要的一项工艺，近年来随着科学水平的发展，微小孔的应用也越来越广泛，现在几乎在各个生产领域的产品中都能遇到微小孔加工问题，而且随着产品要求的提高，不仅孔径更小，孔深加深，而且对孔尺寸形状精度和表面粗糙度的要求也越来越高。本文提出在合理选用机床设备及刃具的情况下，通过调整切削参数，选择合理冷却方式，使用钻削方法加工微小孔并达到一定精度，节约加工成本。

【关键词】机床;夹具;微钻;切削要素

一、机床及夹具的选择

（一）机床的选择

1.主轴转速要高;在使用小直径钻头时，主轴的高速化是必不可少的，高速主轴的配置是实现高速高精度孔加工不可缺少的条件。主轴转速要达到20000―80000r/min之间。

2.主轴可直接供给冷却液;在钻削过程中，孔深与钻头直径的长径比在3以上的孔就可以称为“深孔”，而微小孔的孔深一般都会超过这个限度，所以必须特别注意排屑问题，最好选用带供油孔的钻头，以便进行稳定的加工。

3.机床要具有高精度;钻床主轴径向和轴向跳动公差要≤0.003mm，钻孔位置尺寸公差要控制在±0.01mm。

选择合适的机床，使微小孔的加工效率和精度得到较大提高，从而大幅度提升微孔加工水平和效益。

（二）夹具的选择

要保证钻孔的精度，钻头夹持系统的选择也至关重要，钻头的安装误差是影响加工精度和可靠性的主要因素。夹持系统应具有很高的夹持刚性和振摆精度，并具有良好的高速锁紧性。

1.弹簧夹头系统

与传统使用的三爪式钻夹头相比，使用更广泛的钻夹工具是具有高刚性、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。非常适合用于夹持转速达数万转的微小直径钻头。

2.热胀冷缩式刀夹

热胀冷缩式刀夹拥有回转对称的结构和小于0.003mm的圆跳动，能提供相当大的夹紧力。装夹时利用感应或热风加热使刀杆孔膨胀进行刀具的更换，然后采用风冷使刀具冷却到室温，利用刀杆孔与刀具外径的过盈配合夹紧，这种结构使刀具在高转速下仍能保持可靠的夹紧性能。

二、刃具的选择

（一）微钻材料的选择

以往小直径钻头的材料一般都选用W6Mo5Cr4V2高速钢。这种材料碳化物细小，分布均匀，具有较强的抗弯曲强度、韧性，机械性能好。现在由于新材料的出现，涂层硬质合金与超细晶粒硬质合金钻头已经面市，过去因为硬质合金韧性不足，钻头加工可靠性较差，现在这些缺陷已基本消除，工具的抗折断机能、刚性和耐磨性等均远比高速钢钻头优胜。

（二） 微钻的结构设计

微钻的结构形状与标准大直径钻头一样，均由钻芯直径d0、螺旋角b、锋角2f等组成，但柄部形式和各结构参数有所不同。

1.微钻柄部形式

为了便于夹持，微钻的柄部一般制作为3mm左右的柱柄，切削部分根据尺寸要求制作，并有一个中间直径进行过渡，如一支直径为0.1524mm的钻头，钻削孔深为1.524mm，槽全长也制成1.524mm，但钻头工作部分直径不直接从槽尾连接到直径3.175mm的柄部，而是通过一个0.762mm中间直径加以过渡。这样增强了微钻的刚性及抗弯强度。

2.钻芯直径d0――尽量增大

小直径钻头的强度、刚性在很大程度上取决于钻芯的直径、螺旋沟槽与钻背宽度的比值。通常标准钻头的钻芯直径d0应是钻头直径d的0.125～0.15倍。容屑槽宽度q与钻背宽度p的比值一般是（1～1.3）：1，但是对于小直径钻头来说，应按以下数据来选定：d0=0.3dq：p=0.5：1

3.螺旋角b――采用较小的螺旋角

大直径标准钻头的螺旋角一般在25°～32°内变化。通常增大螺旋角，能获得较大的前角，使切削轻快，容易排屑，切削变形所需要的能量就小，相应地降低了切削温度。但是对于小直径钻头来说，增大螺旋角会减小端截面的面积，影响钻头强度，容易引起钻头振动和崩刃现象，另一方面，当螺旋角较小时，有利于切屑的排除，因而小直径钻头的螺旋角b一般取10°～15°比较合适。

4.锋角2f

锋角2f又称为顶角，它与切削厚度有如下关系

ac=（f/2）sin（2f/2）=（f/2）sinf

式中ac――切削厚度（mm）

f――每转进给量（mm/r）

5.倒锥量的设计

为了减小微钻上的应力，应制出倒锥量，即直径向柄部方向减小。倒锥量一般为0.005～0.127/100mm。根据生产实践，只要钻孔有深度，就需要倒锥量。特别是对钛合金等加工中出现“回缩”的材料，若没有适当的倒锥量，钻头将被胶结在孔里。

三、切削要素的选择

（一）冷却液及冷却方式

小直径钻头在钻削时，由于排屑不畅，钻头温度升高较快，为了降低切削温度，减小切屑、工件和刀具接触面之间摩擦系数，提高小直径钻头寿命，提高孔的表面精度，必须进行充分的冷却。

1.冷却液

在钻削加工中应针对不同的被加工材质选用相应的切削液。如钻削不锈钢时需要向切削刃供给性能高的切削液;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。

2.冷却方式

钻削时，为了提高刃口冷却和排屑效果，可采用直接向切削刃供给冷却液的供液方式，以获得稳定的切削效果。也可采用内冷却的方式。

（二）主轴转速

微钻在加工中切削量非常小，为使微小直径钻头以最佳切削速度进行钻削，主轴应具备高速旋转功能，最高主轴转数约为每分钟3～5万转。

（三）进给量

被加工材料的硬度，对于确定微钻进给量有很大影响，如使用硬质合金钻头加工低碳钢时，进给量选用0.038mm/r，但加工塑料和合成材料时，进给量达到0.127mm/r。

加工微小孔过程中，多用手动进给，进给力不容易掌握均匀，往往稍不注意就会使钻头损坏。由于小直径钻头的刚性较差，容易损坏弯曲，所以开始钻进时，进给力要轻，防止钻头弯曲和滑移，以保证钻孔始切的正确位置。进给时注意手劲和感觉，当钻头弹跳时，让它有一个缓冲范围，以防止钻头折断，有时只要很小的进给力。在微小孔钻削的生产实践中，多做创新，多思考，对于设备和刃具进行合理配置，使用通用机床也能加工出高精度的微小孔。

参考文献：

[1]《谈钻孔技术创新之路》，倪志福，《机械工人：冷加工》2000年第1期.

[2]《巧妙处理微孔钻头易折断的方法探讨》，褚春丽，《今日科苑》2008年第2期.