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硬质合金钻头

根据在钻头上镶焊的数量,排列方式、镶焊角度的不同,硬质合金切削刀具的形状也不一样,硬质合金钻头的底出刃、内出刃和外出刃,可以保证有通水和排屑的间隙。钻头体的上部是丝扣连接岩心管,钻头体侧部开有水槽,底部唇面上亦开有水口。水槽和水口都是保证冲洗液的流通,达到排除岩粉和冷却钻头的作用。钻进粘土层和页岩地层时为了加大间隙,在硬合金钻头的内外侧壁焊上肋骨,称肋骨式钻头。在研磨性高的硬地层可以使用针状硬质合金自磨式钻头。一般硬合金钻头钻进岩石可钻性为Ⅱ一Ⅶ级的地层;针状硬质合金钻头可钻进Ⅵ一Ⅷ级岩石。

选用硬质合金钻头的考虑因素

(1)加工精度
选用硬质合金钻头时,首先需要考虑钻削加工的尺寸精度要求。一般来说,被加工孔径越小,其公差也越小。因此,钻头制造商通常根据被加工孔的名义直径尺寸对钻头进行分类。在上述四种类型的硬质合金钻头中,整体硬质合金钻头的加工精度最高(φ10mm整体硬质合金钻头的公差范围为0~0.03mm),因此它是加工高精度孔的最佳选择;焊接式硬质合金钻头或可更换硬质合金齿冠钻头的公差范围为0~0.07mm,比较适合一般精度要求的孔加工;安装硬质合金可转位刀片的钻头比较适合重载粗加工,虽然它的加工成本通常低于其它几种钻头,但其加工精度也比较低,公差范围为0~0.3mm(取决于钻头的长径比),因此它一般用于精度要求不高的孔加工,或者通过换装镗刀片完成孔的精加工。

(2)加工稳定性
除了考虑钻孔精度要求外,选择钻头时还需考虑加工机床的稳定性。机床稳定性对于钻头的安全使用寿命和钻孔精度至关重要,因此需要仔细检验机床主轴、夹具及附件的工作状态。

此外,还应考虑钻头自身的稳定性。例如,整体硬质合金钻头刚性最好,因此可达到很高的加工精度。而硬质合金可转位刀片钻头的结构稳定性较差,容易发生偏斜。这种钻头上安装了两片可转位刀片,其中内刀片用于加工孔的中心部分,外刀片则加工从内刀片至外径处的外缘部分。由于在加工初始阶段只有内刀片进入切削,钻头处于不稳定状态,极易引起钻体偏斜,且钻头越长,偏斜量越大。因此,在使用长度超过4D的硬质合金可转位刀片钻头进行钻削加工时,在开始钻进阶段时应适当减小进给量,进入稳定切削阶段后再将进给率提高到正常水平。焊接式硬质合金钻头和可更换硬质合金齿冠钻头是由两条对称切削刃组成可自定心的几何刃型,这种具有高稳定性的切削刃设计使其在切入工件时不需要减小进给率,只有当钻头倾斜安装与工件表面成一定倾角切入时例外,此时建议在钻入、钻出时将进给率减小30%~50%。由于此类钻头的钢制钻体可产生微小变形,因此非常适合用于车床加工;而整体硬质合金钻头由于脆性较大,用于车床加工时较易折断,尤其当钻头定心状况不佳时更是如此。

(3)排屑与冷却液
排屑是钻削加工中不容忽视的问题。事实上,钻削加工中遇到最多的问题就是排屑不畅(加工低碳钢工件时尤其如此),且无论使用何种钻头均无法回避这一问题。加工车间经常采用外部注入冷却液的方式辅助排屑,但这种方法只有在被加工孔深小于孔径以及减小切削参数的情况下才有效。此外,必须选用与钻头直径相匹配、合适的冷却液种类、流量和压力。对于没有安装主轴内冷却系统的机床,则应使用冷却液导管。被加工的孔越深,排屑就越困难,需要的冷却液压力也越大,因此应保证钻头制造商推荐的最小冷却液流量,如冷却液流量不足,则需要减小加工进给量。

(4)每孔加工成本
生产率或每孔加工成本是影响钻孔加工最重要的因素。为提高生产率,钻头制造商正致力于研究可集成多种操作工序的加工方法,并开发可实现高进给、高转速加工的钻削刀具。

最新开发的可更换硬质合金齿冠钻头具有优异的加工经济性。钻头磨损后,用户不必更换整个钻体,只需更换硬质合金齿冠即可,其购买费用只相当于焊接式或整体硬质合金钻头重磨一次的费用。硬质合金齿冠更换容易且重复性精度极高,加工车间可用一支钻体配备多个齿冠,以加工不同孔径尺寸的孔。这种模块化的钻削系统可减少直径12~20mm钻头的编目费用,同时还可节省对焊接式或整体硬质合金钻头进行重磨时需要的备份刀具费用。

在考虑每孔加工成本时,还应将钻头的总寿命计算在内。一般来说,一支整体硬质合金钻头只能重磨7~10次,一支焊接式硬质合金钻头只能重磨3~4次,而可更换硬质合金齿冠钻头在加工钢料时,其钢制钻体至少可更换齿冠20~30次。

由于焊接式或整体硬质合金钻头需要重磨,为避免刀具发生破损,车间在使用这种钻头时倾向于采用较低的切削参数,因此也会影响钻削生产率。而可更换硬质合金齿冠钻头不需重磨,车间在加工时可采用最大的进给量和切削速度而不必担心齿冠破损。

在许多情况下,由于焊接式或整体硬质合金钻头重磨后的切削刃形状和刃口处理状态与新钻头难以完全吻合,因此其切削性能也与新钻头存在一定差异。此外,如重磨过程中对切削刃处理不当,可能使刃口容易破损、钻削扭矩和钻削力加大、切削热增加,从而导致钻头寿命缩短。而新型可更换硬质合金齿冠钻头的工作寿命则更为稳定一致。


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