群钻的各种钻型

基本型群钻在钻通用结构钢材料时，获得了良好的切削性能。但是加工材料日益多样化，各类材料的加工性千差万别，加工零件的结构形状、工艺条件也有着很大的变化。工件材料变了，孔的要求变了，促使钻型也必须跟着变，要有灵活性。要正确分析和估计客观情况，并采取有效的措施。本章将着重分析和总结各种情况下的钻孔经验和初步规律。

第一节  钻孔中产生的问题

钻孔中遇到的问题很多，下面从加工材料和工艺条件两个方面列举些实例，说明用普通麻花钻钻孔时所暴露出来的问题。

一、加工材料不同所产生的问题

    (1)钻强度大、硬度高的钢材时(如各种高强度合金钢、淬火钢等)，负荷大，钻不动，勉强钻下去，钻头很快磨钝、烧坏。

(2)钻高锰钢及奥氏体不锈钢时，产生严重的加工硬化现象，越钻越硬，钻头磨损很快，产生毛刺很严重。

(3)在钻床上钻钢时(如低碳钢、不锈钢)，切屑长而不断，象两条长蛇一样盘旋而出，缠绕在主轴上，乱甩伤人，很不安全，而且切削液加不进去。在自动机床上这一问题更为突出。

(4)钻铸铁时，切屑成碎末，像研磨剂一样，高速切削时常把钻头两外缘转角磨损掉。

(5)钻紫铜时孔形常不圆，钻软紫铜也不易断屑，有时钻头被咬在孔内。

(6)钻黄铜等材料经常产生“扎刀”现象，轻则把孔拉伤，重则使钻头扭断。

(7)钻铝合金孔壁不光，切屑不易排出，尤其在钻深孔时切屑常挤死在钻沟里。

(8)钻层压塑料(如夹布胶木、夹纸胶木、玻璃丝夹布胶木等)，时常发生孔入口处有毛刺、中间分层、表面变色出黄边、出口处脱皮现象。

(9)钻有机玻璃时，孔不光亮，发暗(乌)，本来是透明净亮的，钻完孔后，孔壁变成乳白色了，更严重时孔壁烧伤，和产生“银斑”状裂纹。

(10)钻橡皮时，孔收缩量很大，易成锥形、上大下小，孔壁毛糙。

二、工艺条件不同产生的问题

(1)钻薄板孔，有时工件不便于压紧，人们多采用手扶，但当钻头刚要钻出工件时，手就扶不住工件了，发生抖动，很容易出工伤事故。另外，孔易产生多角形、毛刺和变形。

(2)钻深孔时，切屑难排出，常常要在中途多次退出钻头才能钻完一孔，人们称之为“啄木鸟式”的钻削方式；钻直径大的孔(如在钢上钻直径大于35毫米的孔)，直接用普通麻花钻钻出就比较困难，负荷大，钻头和机床都承受不了，常发生“闷车”，此时要先钻出小孔，再用大钻头扩孔。如果，硬要一次钻出，进给量必定选得很小，这样生产效率就很低。

(3)当工件上已有毛坯孔再扩孔时，由于加工余量不均匀，表面有硬皮，因此钻头常会歪斜，刃口也容易崩坏。

(4)在倾斜表面或曲面上钻孔时，钻头往往定不住中心，发生偏斜，常不得不先将工件表面锪平，然后才能钻孔。

(5)由于小量生产的需要，为了节省非标准尺寸的专用铰刀，希望用钻头钻出精孔。这也是我们常遇到的难题。

(6)小量生产采用划线钻孔时，钻头不易找正，当孔窝划得浅时，孔偏不容易发现；划深时，看出孔偏再找正也就费劲了。

(7)用钻头进行扩孔，也容易产生“扎刀”；有时孔壁出现大螺旋沟，甚至用铰刀铰孔后也不能除掉。

(8)用钻头锪倒角，容易发生抖动，出现多角形，或产生严重的毛刺。

第二节  工件材料的钻削加工性

一、概  述

在钻头与工件的矛盾统一体中，一般来说，钻头是矛盾的主要方面，但也常常会发生转化。因此研究钻孔过程，既要研究刀具一方，又要研究矛盾的另一方――工件材料。在这里，着重需要研究的是工件材料的钻削加工性。

工件材料的钻削加工性(或称可钻削性)是指材料由毛坯通过钻削过程，得到所要求孔形难易程度的工艺特性。

显然，钻削加工性是一个综合性指标。这是由于钻孔中的各种问题：生产效率、切削力、耐用度、加工质量等交织综合在一起，切屑变形与摩擦运动决定着钻削力和切削热；钻削热影响着钻削温度和冷硬层；而积屑瘤与钻削温度密切相关；积屑瘤、振动和切屑的挤刮则限制着表面光洁度的提高；孔要求越精越光，则又限制着钻头耐用度和生产效率的提高，……。还应指出，由于各种材料在钻孔中的具体要求不同，其钻削加工性的指标也不同。   

影响材料钻削加工性的因素很多，有物理一力学性能、化学成分、材料制造和热处理方法等。化学成分和材料制造状态如金相组织是决定物理一力学性能的根据，然而直接起作用的却还是物理一力学性能，它包括强度(或硬度)、塑性(或韧性)、导热率和线膨胀系数以及弹性系数等，这些因素直接影响到钻孔效率的高低。

二、钻削加工性分级指标

材料的钻削加工性，可以采用一种分级的方法进行粗略地判定。即按主要物理一力学性能指标的大小，分成11级，如表5―1。表中针对钻孔(特别是用高速钢麻花钻钻孔)的特殊性，选定材料的硬度HB(或强度σb)、伸长率σ(或冲击值αk)、导热系数九和弹性系数四(或线膨胀系数Ⅸ)作为评定钻削加工性的指标。

    当材料类型一定(如钢、铸铁或铜合金)时，硬度愈高，则强度愈大，有一定对应关系，不论是硬度高还是强度大，都能使切削负荷大，因此，可用硬度或强度极限或两者中的高等级作为评定指标之一。另外需要指出，用硬质合金车刀加工σb=100公斤力／毫米2的钢材属于较易切削的等级，而当改用高速钢麻花钻钻时则应属于较难钻削的等级了。同样，当材料类型一定时，其塑性伸长率σ和韧性(冲击值αk)相互间也有一定关系。通常，伸长率σ大时，冲击值αk也高。两者在物理意义上虽有不同：塑性表征材料所能允许的塑性变形程度；韧性则表示材料所能承受的冲击能量(如切削功率)，但它们都相近似地影响到钻削过程。σ或αk值愈大，则切屑愈难折断，切削负荷(钻削力和钻削功率消耗)愈大。因此，可用σ或αk或两者中的高等级作为评定指标之一。

    还应注意的是，钻削加工性的第Ⅱ项指标，以中等塑性(或韧性)的加工性为好。塑性(或韧性)过低、过高，则可钻削性均变坏。材料脆性很大时，则切屑崩碎甚至碎成粉末，对排屑和散热均不利，切削力和热将集中在刃口上，导致耐用度降低。弹性系数E和线膨胀系数α，对孔加工来说，常起到较大的作用，例如孔径的弹性回复和热胀冷缩，直接影响到孔壁与钻头的摩擦、磨损和孔径扩张量。同样，也用E或α或两者中的高等级作为第四个评定指标。由上可见，这四个评定指标在表示钻削过程的矛盾特点时，各有侧重，即：Ⅰ――负荷，Ⅱ――切屑(断屑、粘刀和表面硬化)，Ⅲ――温度，Ⅳ――变(收缩)。

三、常用材料的可钻削性分级

钻孔中经常遇到的各类材料，包括铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属、非金属材料等，其主要物理―力学性能及可钻削性分级列于表5-2、5-3。每种材料可钻削性分级的代号表示为：

 

   

    以上前两例(1)、(2)可钻削性分级的各项指标均不超过5，因此其可钻削性是良好的或较好的。由第(3)例可知，45钢经淬火和中温回火后，硬度、强度大增，切削力增加，则可钻削性变坏。而第(4)例，不锈钢1Cr18Ni9Ti，强度虽不算高，但因其塑性大和导热系数低，造成切屑不易断，加工硬化强烈，产生的切削热多、温度高。因此，在钻孔时，应作为主要问题认真对待，采取对策。

第三节  钻铸铁

一、问题的提出

    灰铸铁与碳素钢一样，也是一种铁(Fe)与碳(C)的合金，含碳高于2％的就为铸铁。铸铁是机械工业应用广泛的材料之一，例如机床床身，机器底座，各种箱体、壳体等都是铸铁(如HT15-33、HT20-40)制成，许多机床厂，汽车、拖拉机厂的生产线上多轴组合钻床大都用来钻这种材料。球墨铸铁通过浇铸前向铁水加入球化剂和墨化剂，以促使碳呈球状石墨结晶，其强度和塑性均比灰铸铁高。在用普通麻花钻钻铸铁孔时，发现有下述特点：

    (1)钻头的磨损几乎完全在后面上，外缘转角处磨损最大，有时整个角磨掉，限制了生产效率的提高。

    (2)当横刃修磨得过窄时，钻头容易崩刃或崩尖，尤其是钻铸造质量差或带有铸造黑皮的工件。

    (3)切屑细碎，钻深孔时难以排屑，切削液不容易流到切削区。

    (4)不用切削液时，钻头与孔壁容易研死。而且灰尘很大，有害于人身健康。

    (5)有一定程度的扎刀现象，使工件在出口处易产生崩裂。

二、灰铸铁的特点

上述这些问题的产生不是偶然的，而是与铸铁的特性密切地联系着的。常用的铸铁其特点有：

    (1)硬度较低，一般约为HB176～255，但是铸件表面往往有带型砂的硬皮和氧化层，这层表皮硬度很高。另外，毛坯边缘有时可能出现白口铸铁，这时硬度极高，约为HB600，加剧钻头磨损。

    (2)强度低(指抗拉、抗弯强度)，而抗压强度和耐磨性则较高。因此，整个来说，钻削力不大(相对于钢而言)。而且，在切削负荷中轴向抗力是主要的，扭矩抗力占的比例不大，例如用直径27毫米的普通麻花钻，钻合金结构钢(40Cr)和铸铁(HT15-33)来比较，钻铸铁比钻合金结构钢的轴向力只减小35％，而扭矩则减小57％，如表5-4。其他脆性材料有类似的趋向。

 

    (3)脆性大，塑性变形小，切屑是崩碎的，夹杂有粉末。碎末状的切屑，带来一些问题，第一，当钻深孔时，比较难排出；第二，切屑碎末如同研磨剂一样，夹在钻头的后面、刃带与工件之间，产生剧烈的摩擦，使钻头磨损；第三，由于切屑是成小片崩碎的，钻削力和热量均集中在刃口上，且切屑与钻头前刀面的摩擦较小，与后刀面的摩擦是主要的。

    这几个方面的因素就决定了钻头的磨损主要在后刀面和刃带上，实际情况也正是这样。

    (4)铸铁的导热率较低，也促使切削热集中在切削刃口上。

    (5)铸铁组织比较粗松，并含有石墨，减小了材料的塑性和强度，有利于切削。但铸铁中还含有碳化铁(显微硬度高达1000～2300)及其他很硬的杂质，则对刀具耐用度很有害。铸造中难免产生铸造缺陷，如气孔、砂眼、冷隔、白口等，常导致切削刃崩坏，或两刃负荷不同，使孔轴线偏斜。

三、钻铸铁群钻的特点和使用

    由表5-2可知，灰铸铁(如HT20-40)的可钻削性等级为3、4、4、3，即属于较易钻削一类。但就其四项指标而言，Ⅱ、Ⅲ项指标高，即塑性较低，切削崩碎，导热慢，热量集中在刃口。因此，基本对策是：

    (1)应使钻头尽快地通过工件，尽量缩短切削刃与工件的接触路程，减少钻头切削刃与工件摩擦的机会。所谓快速通过工件，就是要求钻头每分钟进给量尽量大一些，即转速(n)与进给量(f)的乘积(nf毫米/分)要大。另一方面，当钻头每分钟钻入的深度相同，亦即每分钟进给行程(nf)一定时，由于切削刃是沿螺旋线前进，若转得慢(n小)，进给得快(f大)，即螺线的螺距大一些，则切削刃走过的总路程要短，切削刃受到的摩擦机会就减少了。因此，应尽可能加大进给量，然后适当地选择转速。

    (2)要加大进给量，则钻削抗力增大，因此应使钻头尽量锋利。由于钻铸铁轴向抗力是主要的部分，而轴向抗力又多集中在横刃上，所以，合理地修磨钻头横刃，减小轴向抗力是主要的。如果把横刃完全切除，则轴向抗力可显著降低，但这样带来两个问题：第一，定心不好，通常要用钻模来定位；第二，钻硬的铸铁时，尤其是稍遇到有铸造黑皮和白口时，钻头容易崩刃。因此不宜将横刃完全磨掉，应保留一定的钻心尖，但比钻钢的群钻横刃修磨得更窄、更锋利一些，内刃前角γτ0也可大些。

    (3)为了保护钻心尖，磨出月牙圆弧槽使钻心尖低下来，切入工件后三尖很快同时切削，钻心尖不易崩坏和磨损，也便于找正。横刃虽然修得更窄了，但钻尖高可和钻钢的基本型相近。

    (4)采用双重锋角。由于钻头的外缘切削速度高，即相对摩擦运动速度高，因此该部分产生钻削热多，加上铸铁导热慢，所以热量都集中在钻头外缘刃尖处，致使它磨损最快。通常，磨出倒角，即形成双重锋角(2ψ1)，使转角处变宽，改善钻头散热条件，从而提高了耐用度。经多次试验，表明双重锋角可以提高耐用度2～4倍，如表5-5。但由于磨出双重锋角，加长了切削刃，使钻削扭矩稍有增加。但是，钻铸铁群钻的轴向力降低很多，扭矩增加不多，因此总的切削负荷还是不大的。

    (5)适当加大后角。一般比钻钢的大3。左右，减少钻头后刀面与工件间的摩擦。根据试验结果，外刃后角αfc为13～18。时，钻头的耐用度较高。

    (6)合理使用切削液。有些人在钻铸铁工件时，不愿意用切削液。这里可能有一些客观因素，如工件很大，切削液不易清理；碎屑中含有石墨使水很快变得又黑又脏等。但对于批量大的钻孔工序，最好还是采用切削液，这样可以大大提高钻头耐用度，改善钻孔质量，而且避免灰尘飞扬。但要特别注意，切削液应自始至终连续加入，而且流量要适当，否则少量和断续的水流入孔内，容易引起孔壁局部硬化，和把碎屑调和成研磨膏一样，加剧钻头磨损。

    (7)当发现“扎刀”现象，需适当采取措施节。

    (8)用群钻钻铸铁时选择的切削用量，可参见表5-6。

第四节  钻铸铁精孔

一、问题的提出

钻头通常是用来钻粗孔的，如果要求孔的精度高、光洁度好，则需要通过铰孔来达到。但是，我们在生产中也会碰到一些特殊情况，如有时对孔的精度和光洁度要求较高而缺乏铰刀，或要求加工出特殊的孔径尺寸而缺乏专用铰刀等。这时，如能使用钻头直接钻出精孔(尤其是对一些铸铁件)，确能起到“临阵破难关”的作用。

二、钻铸铁精孔群钻的特点和使用

钻铸铁精孔群钻如图5-2所示。用这种钻型的钻头来钻铸铁精孔，效果较好。其特点如下：

    (1)如第二章所述，要想得到较精确的孔，首先应注意在切削中保持定心稳定和不产生振动，不使出现多边形。为此，在较小锋角(2ψ=110°)的切削刃上，修磨出圆弧刃，形成一个突起的钻芯刃尖，类似一个小尺寸的钻头，它的横刃斜角较大，ψ=80°，以减小内刃的侧后角，在切削中保持稳定。

    (2)在副切削刃(刃带)上，于2～8毫米长度上修窄，把副后角适当加大，并用油石鐾光，这样可减少刃带与孔壁的摩擦。由于副切削刃变得锋利了，有助于避免在外缘处产生积屑瘤，从实际可以看到，外缘刀刃上的积屑瘤对加工光洁度有较明显的影响。同时光鐾刃带(到▽8)，提高刃口的光洁度，可以避免刃带上的毛刺将孔壁擦伤。

    (3)在切削刃外缘处磨出双重锋角2ψ1=15～20°，形成修光刃，可以减小切削中孔壁上的残留面积。由于双重锋角使切削刃外缘的锋角减小，它的切削厚度相应减薄，有利于改善钻孔的切削变形情况。

钻铸铁精孔群钻切削部分的几何参数列于表5-8。

(4)正确选用切削用量对保证孔的质量有重要作用。钻铸铁精孔，切削速度不宜太高，否则会影响钻头的耐用度，一般选用切削速度v≤15(米/分)即可。进给量的大小直接影响到切削层的变形情况，建议选用进给量f=0.1～0.15毫米/转为宜。在钻孔中，应使用切削液来改善加工条件。

(5)在钻孔操作中，钻头要装正，保证跳动量小，使钻头切削刃口具有较好的运动精度。同时在钻完孔后，应注意先停车后退钻头，防止在退出钻头时将孔壁擦伤。

(6)如能正确运用铸铁精孔群钻钻孔，可以得到精度H9～H7级、光洁度▽5～▽8的孔。但需指出，所得到的孔当其光洁度较高时，则孔径将会出现一定的收缩，即所得孔径比所用钻头直径为小，一般收缩量为0.005～0.015毫米。为此，有时可采取稍损失一点孔的光洁度的办法，来减小孔的收缩量，使得到基本符合钻头原始尺寸的孔径。但最好还是根据实际情况选择钻头的原始尺寸值，必要时，可用稍大的钻头改磨出所需要的钻头直径。

三、钻铸铁精孔群钻的特点口诀

铸铁精孔钻代铰，    两个锋角都较小，

刃带磨窄光外刃，    突出钻尖定心好。

第五节  钻不锈钢

一、问题的提出

    在近代工业尤其是石油、化工工业中，广泛地应用着各种类型的不锈钢。这类钢钻孔时存在的问题，突出的有：(1)不容易断屑；(2)钻头耐用度低；(3)生产效率低。而且这几个问题又互相关联着。过去，在生产中处理这类问题时，常遇到以下几种不同的处置方式和造成的后果：

    (1)为了避免钻头磨损太快，把切削用量(尤其是进给量)选得很低。但是，这样不仅直接降低了生产效率，而且由于切削层薄，不利于断屑，从而影响到冷却效果。实际上未能起到提高钻头耐用度的作用。

    (2)为了不使钻孔效率过低，切削用量(尤其是切削速度)选得较高。这样不仅直接降低了钻头的耐用度，而且还由于磨损加剧，刃磨次数增多，因而也起不到提高生产率的作用。

由此可见，如何处理好耐用度、生产效率与断屑、排屑之间错综复杂的关系，便成了钻不锈钢时极待解决的一项重要问题。

二、不锈钢的特点

    不锈钢的种类很多，常用的基本上可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等三类，其他还有奥氏体＋铁素体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等。

    (一)马氏体不锈钢

    这类钢如1Cr13～4Cr13等，含铬12～19％，含碳0.1～0.5％，能够抗大气腐蚀，且具有较好的机械性能。马氏体不锈钢经调质处理后，硬度略有提高，通常使其HRC≤28。它的切削加工性比退火状态的不锈钢有所改善，淬火后还能提高其耐腐蚀性。但若提高其硬度使高于HRC30，则对刀具的磨损影响较大。

    (二)铁素体不锈耐酸钢

    这类钢如1Cr17Ti，Cr25Ti等，含铬13～30％，含碳<0.25％。因为它比马氏体钢的含铬量要高，无论怎样加热和冷却都不发生相变，故热处理不能强化，但变形可使其强化。在钢中加入钛，可以防止晶粒长大。其切削加工性较马氏体不锈钢差一些。向各类不锈钢中加入硫、磷、硒等元素，可以改善其切削加工性，使切屑容易切离和折断，但却相应地降低钢的塑性和韧性，且将影响其耐腐蚀性能。

    (三)奥氏体耐酸钢

    这类钢最有代表性的为1Cr18Ni9Ti，除含铬约18％外，还含有镍9％左右。它的特点是：

    (1)综合机械性能高除有与中碳钢相近的机械强度外，且其塑性、韧性都较高。因此，钻头在切削这类钢时，形成切屑要消耗很大的能量，这说明切削负荷很大。特别是它的高温强度大，硬度高，在切削过程中，切屑切离时的负荷大，且不易折断，钻削1Cr18Ni9Ti的切削力，在相同的切削用量下，通常比钻45钢的大10～30％。它的冷作强化趋势很强烈，强化系数高。如在冷挤压中，当冷挤压量达40％时，强度极限(％)将由60公斤力/毫米2升高到120公斤力/毫米2，屈服极限将由25公斤力/毫米2增加到100公斤力/毫米2。在切削状态下，加工硬化层大都在0.1～0.2毫米范围内，而表面显微硬度有显著地提高。

    (2)导热性差它的导热率只有碳素钢的1/3～1/4。切削时除一部分切削热由切屑带走外，相当多的热量则来不及从工件传导出去，从而集中在钻头的刃口处，加大了切削刃的热负荷。

    (3)对其他金属材料的粘附亲和性强在一定的高温、高压作用下，易与刀具表面产生粘附现象，而形成积屑瘤。在奥氏体不锈钢的组织中，还存在着少量的碳化钛微粒，也会加剧刀具的磨损。

    (4)线膨胀系数较大比中碳钢的大30～40％。

三、钻不锈钢群钻的特点和使用

    在钻孔中经常遇到的不锈钢为1Cr18Ni9Ti，根据钻削加工性分级(见表5-2)，其分级指标为4、6、7、2。可见，这种钢的主要问题是塑性大，韧性高，切屑不易折断，常缠绕在钻头上，既不安全，又影响到生产效率的提高；而且使切削液很难流入孔内，加之导热慢，从而降低了钻头的耐用度。由于导热率低这个因素不能改变，因此断屑问题成了主要问题。只要断屑可靠，排屑顺利，能使切削液的作用发挥得比较充分，即有可能适当加大一些进给量，以保证达到预期的生产效率，并使刃口有可能避开切削冷硬层，进一步提高切削刃的耐用度。

钻不锈钢的钻型如图5-3和表5-9所示。用它钻不锈钢时，切屑长100毫米左右，呈礼花状，如图5-4所示。切屑从孔中顺利排出，切削液也能顺利地向孔内流入，工作安全可靠。

 

 

    关于这种钻头的使用特点简单叙述如下：

(1)“礼花”状切屑的形成和排出  以图5-4所示的这种钻型与基本型群钻比较可以看出，其不同点是尖高，圆弧刃浅，圆弧半径大，单边分屑槽也浅，B、B′点的刀尖角均较大，εγ≥150°，使B′点在分屑方面处于时分时而不分的“临界”状态；使B点处有时出宽的卷屑，有时则能将切屑撕裂断开。“礼花”状切屑是属于长螺距带状屑与短螺距的螺卷屑的过渡型。正是利用这种过渡的不稳定性，以达到断屑目的。

 

图5―5a所示B′点处于分屑状态，此时外侧段出直屑，内侧段出卷屑。随着卷屑的卷曲半径逐渐加大和直屑逐渐加长，在钻头刃沟槽和孔壁的作用下，二者向一起靠拢，两股切屑的撕裂作用减弱，直至不能分屑，如图5-5b所示。合并后的宽屑把原来内侧段形成的窄卷屑卷在里边，且连同外侧段的直屑一起巷曲，但是原已形成的直屑是向上窜的，它阻止了宽屑的卷曲，于是，当宽屑卷曲一周左右时，便将原外侧段切出的直屑从直屑和卷屑的交接处横向斜拧而折断，如图5-5c。剩下来的宽屑，由于内刃处前角最小，切屑变形最大，切屑呈撕裂状态，而且圆弧刃部分的切屑抗断能力差，容易被撕裂，于是宽屑从芯部开始向外撕裂，如图5-5d所示，一直撕到B′点处。由于内外两段切屑的流向、流速及卷曲程度均不同，又和图5-5a一样，切屑又分成了平直的和卷曲的两股。这就是礼花状切屑形成的全过程。

由上可见，要形成这种切屑的关键是：第一，使分屑点B′处于临界分屑状态，即一般是分屑状态，但当分开的切屑在流出中有会合趋势时，就可以转化为不分屑状态。外刃的单边分屑槽应该磨得比较浅，最好是在刃口的后刀面由沟背转点向刃口方向磨，当磨到刃口处，再用油石将刃口稍为鐾低一点即可。第二，要适当加大尖高（h≈0.05d～0.07d)和圆弧半径(R=0.2d)，圆弧刃比较浅，从而使B点的刃尖角εγ≥150°，以减弱该点处的分屑能力，且又使切屑在一定情况下形成越卷越大的螺卷状，接着，由于该处刃口主偏角的变化、切屑流出方向的趋势不同，导致切屑逐次地被撕裂开，最后又实现在B′点处分屑的目的。第三，B′点的位置应选择适当，ｌ1=1.7～3.3毫米(参见表5-9)，掌握好外刃所出平直切屑的宽度，在适当大的进给量和较低的切削速度配合下，有利于这段切屑在斜拧状态中蹩断，经验表明，切屑过窄而薄不易折断。

    当钻头直径较小时(d≤15毫米)，可不必在外刃上磨分屑槽，即以B点来代替B′点的作用，能达到同样的目的。

    (2)外刃锋角的选择外刃锋角不仅影响到切削刃B点的刃尖角εγ，以及分屑和外刃处切屑的排出情况，而且影响到钻头的耐用度。

    不锈钢的线膨胀系数较大，孔容易收缩，因此，锋角大一些为好，同时控制一定的进给量以加大切削厚度，有可能使切削刃避开冷硬层；适当加大锋角，还有利于排屑，因此有利于提高钻头的耐用度。但是外刃锋角又不宜增加过大，如过大则相应地会使外缘转点处的刃尖角减小过多，反而不利于提高钻头的耐用度。

根据对厚度为52毫米的1Cr18Ni9Ti钢，用5只ψ10.4毫米的钻头，反复重磨不同的2ψ值进行试验，取：进给量f=0.2毫米/转，转速n=320转/分，v=10.5米/分，乳化液冷却。试验钻型的几何参数为：2ψτ=135°，αfc=11°，k=0.7毫米，R=2毫米，l= 3毫米，而改变外刃锋角2ψ的大小为110～150°。试验结果如图5-6所示。

    试验表明，钻不锈钢当外刃锋角2ψ≈135～140°时，耐用度最好；大钻头取较大值。

(3)正确地选用切削用量适当加大进给量和降低转速，有利于实现断屑。而且切削用量对钻头的耐用度影响很大。从钻孔试验中(见表5-10)可以看到，采用姐10.4毫米的钻头，当进给量不变、转速由320转/分增大到400转/分时，钻头的耐用度降低很多；而当切削速度不变，进给量由0.2毫米/转增大至0.25毫米/转时，钻头的耐用度也有明显的降低。

    试验还表明，切削速度对加工光洁度影响不大。

  

(4)钻孔时的系统刚性要好特别是钻小孔时，可用较短的钻头以增强钻头的刚性。实践证明，采用短钻头其耐用度将比长钻头提高3～10倍。

(5)注意充分冷却  一般采用乳化液冷却，根据有的试验对奥氏体不锈钢采用浓度大(20～30％)的乳化液可以明显降低扭矩和轴向力。采用内冷却钻头比普通溅入式冷却，能改善钻削条件，见效切屑收缩系数。

四、钻不锈钢群钻的特点口诀

钻心稍高弧槽浅，      刃磨对称是关键。

一侧外刃浅开槽，      时连时分屑易断。

第六节  钻 高 锰 钢

一、问题的提出

    在工程机械、矿山机械和越野车辆的制造中，常遇到高锰钢铸件，如ZGMn13等。这种钢的钢水有良好的流动性，能够浇出断面比较薄、形状较复杂的铸件。它在经过水韧处理后，可得到很好的韧性和很高的耐磨性，但钻孔时钻头磨损很快。特别是用普通高速钢麻花钻来钻孔，则耐用度更低，因此，如何提高钻头的耐用度，是一个突出的问题。

二、高锰钢的特点

    常用的高锰钢ZGMn13，含碳0.9～1.3％，含锰11～14％。这种钢只有在纯粹的奥氏体组织时，才有非常坚韧的性能。因此，铸件应加热到临界温度以上，使碳化物能全部溶解到奥氏体中，而后在水中迅速冷却，得到均匀的奥氏体组织，这种淬火热处理即所谓水韧处理。在淬火后，钢的硬度并不高(HB179～229)，但若受到剧烈的冲击压力时，钢就产生强烈的加工硬化现象，硬度会剧增到HB450～550。这种材料在受到冲击压力发生变形的过程中，会消耗那些对钢表面继续作用的冲击压力，阻止力的作用传递到更深的钢材内层中去。可见，这对切削加工是很不利的。

    冷加工后，表面层的加工硬化深度决定于负荷的大小和作用延续的时间，一般表面硬化层厚度为0.3毫米左右。在切削过程中，还会形成氧化层Mn2O3，硬度也很高。

    高锰钢在淬火后，若在一定温度下回火，约到600℃左右，塑性即降低很多，变形强化作用减弱，可以改善加工性。

    高锰钢的导热系数很低，约为碳钢的1/3～1/4，而且它的线膨胀系数较高，约为碳钢的1.9倍。根据表5-2可钻削性分级表所示，其分级指标为6、9、7、2，因此难加工的关键在于极高的韧性和很低的导热率，导致钻孔中的热负荷大，钻削温度高。

三、钻高锰钢硬质合金群钻的特点和使用

钻高锰钢不宜用高速钢麻花钻，通常使用钻高锰钢硬质合金群销，如图5-7所示，其特点如下：

    (1)这种硬质合金钻头的构造与制造，与通用硬质合金钻头相同。但钻头的本体应有良好的刚性和强度，一般用40Cr制造，长度也应尽可能短些。柄部钻尾可采用加强型。

    (2)工件刚性不好时，钻孔部位的支承面应尽可能垫实。

    (3)刀片材料可用YG8或YW2，钻头本体的刀槽宽度比刀片厚度约大0.2毫米。若选用齿冠刀头，则使用效果更好。

    (4)切削部分的几何参数与几何角度，与钻铸铁群钻基本相似，只是将尖高h加高到0.08d，圆弧刃的圆弧半径R加大到0.4d，以加大B点刃尖的刀尖角，改善散热条件和强度，使该处既不易崩刃和磨损，又能起到分屑的作用。同时R加大些，有利于对硬质合金的刃磨，减缓砂轮的损耗。根据同样理由，在外缘处磨出双重锋角；并磨出负前角(γnc=-15°)，而把外缘的后角适当加大(dnc=12°，αfc=20°)。刃口的修磨质量很重要，应该用油石仔细地鐾光，以提高刃面的光洁度，刃口应光整，不得有锯齿。

    (5)切削液要充足，如有条件，可将整个零件浸在切削液中进行钻孔。选用切削用量时，从钻冷硬层严重的情况来看，本应选用较低的切削速度和较大的进给量，但这样切削力过大，易使切削刃破损。在选用适当的切削条件下(合理的切削用量和充分冷却)，可使切削加工中的切削温度控制在一个较稳定的600℃左右范围内，这时加工条件较为有利。同时可以观察到：当工件较薄、钻到出口时，材料达到暗红的程度。如采用ψ16.6毫米的钻头，可使转速n=670～850转/分，f=0.07～0.09毫米/转。应该指出，在采用上述切削用量的条件下，倘使冷却不充分，切削温度过高，由于高锰钢的线膨胀系数大，将会导致孔径收缩，甚至咬死钻头。

    (6)硬质合金钻头的磨钝标准很重要。有时尽管声音较大，只要是连续均匀的，仍属于正常的切削。但当有刺耳的尖叫声，甚至是噗噗地响声时，刃口就应该重磨。同时还应经常观察外缘转角处的后角和刃带的磨损情况，一般当磨损到1毫米时即应重磨，不可疏忽大意。否则当磨损过大时，切削负荷增大，将会使整个刀片崩碎，弄得不可收拾。

    (7)在操作中，严禁中途停车，并应尽量防止由于负荷大而引起的“闷车”，因为这势必会造成刀具崩刃，甚至使刀头完全崩碎。

    (8)用这种钻头钻高强度钢、硬钢材，如逆磁铸钢(如50Mn18Cr4)等，效果也很好，它的耐用度和效率比高速钢群钻提高五倍以上。

四、钻高锰钢硬质合金群钻的特点口诀

高锰钢料难钻削，      合金钻头负前角，

双重锋角刃鐾光，      暗红热钻效果好。

第七节  钻淬硬钢和高强度钢

一、问题的提出

    这里所说的硬钢材是指经过热处理后，其硬度达到HRC38～43，或在零件表面经过渗碳、氰化、镀铬有一层很薄的表面硬化层的一般结构钢，或弹簧钢和工具钢；以及其他逆磁钢(如50Mn18Cr4)、轴承钢、耐热钢和特种钢等难加工材料。这些材料，如用普通高速钢麻花钻来钻孔，钻头的耐用度很低，钻刃磨损很快，有时甚至只能钻进一个窝，就会发出叫声，出现严重的烧损。

针对材料切削负荷大的特点，如何提高刀具的切削性能，成了一个关键问题。主要的还是从改进刀具材料着手，如采用新型的超硬高速钢钻头，及硬质合金钻头(参看本章第六节和第三章第二节)等，潜力很大，效果也好。据报导：英国针对宇航发动机用的铬钼钒超高强度钢，强度100～130吨力/英寸2(1520～2000兆帕)，采用硬质合金刀片(MITIA)的机夹钻头结构，经多次比较试验，用3/4钻头选定锋角2ψ=130°，结构轴向前角γc=15°和后角αc=8°，转速n=355转/分，进给量f=0.06毫米/转，取得了良好的效果，钻孔光洁度好，排屑顺利，且耐用度较高。同时，也不放松对现有钻头切削部分的改进。只要我们从实际出发，在改进钻头的切削角度上多动脑筋，也能使普通麻花钻的切削能力有所提高。

二、钻硬钢材群钻的特点和使用

以钻弹簧钢65Mn(HRC38～43)为例，根据表5-2可钻削性分级表可知，65Mn的分级指标为8、1、4、2。显见，其主要问题是硬度高，强度大，切削力大。可采用钻硬材料群钻来进行钻孔，参见图5-8。

这种钻型(如图5-8所示)是从53式基本型群钻的基础上演变来的。其特点是：

(1)外刃上磨出单边分屑槽，并适当减小它的前角。在钻硬钢材的生产实践中，仍应掌握“锐字当先，锐中求固”这一原则，即既注意钻刃的锐利性，又注意它的强固性。当实际切削中刀刃上的热负荷状态与刀具保持切削性能的温度范围相差较远时，应该敢于“锐字当先”，如果只顾保险，一味求固，那是偏于保守的作法。但是当在很低的切削用量下，钻刃上的热负荷状态已接近刀具所能承受的极限时，则应对刀刃的强固性给予充分的注意。

据此，在钻很硬的钢材时，适当减小钻头外刃部分的前角，以增强刃口的强固性，保持钻刃的切削能力，实为一项关键性措施。

当然，对于不同的硬钢材，其情况也不完全相同。有的材料硬而脆，宜略减小钻头的外刃前角；有的材料虽较硬，但塑性仍较高，切屑作用于刀具压力的作用点向后移，外刃的前角也可以不减小。总之，可以根据实际情况，灵活运用。

(2)根据同样道理，选用较小的锋角(2ψ=118°)和加大月牙槽圆弧半径，以增强切削刃外缘处和B点刃尖处的刀尖角，增加散热能力，降低热负荷。

(3)钻孔时要求系统刚性尽可能好，避免产生振动。为此，除选用刚性大的机床外，且应尽量选用短钻头。当工件刚性不足时，也应将钻孔部位的支承面妥善垫实。

(4)切削用量要小些，一般推荐切削速度v =2～5米/分为宜，进给量f=0.03～0.05毫米/转，或用手进刀。

(5)对于这种小进给、切削层薄的孔，钻削时应着重考虑切削液的润滑作用，最好采用切削油，特别是含有极压添加剂的切削油。例如：含磷的极压添加剂，具有良好的渗透性，易与金属产生吸附作用，且能与金属起化学反应，生成磷酸铁膜，有利于降低切削中的摩擦和减少刀具的磨损。一般最好不要用乳化液，因为少量的乳化液在切削刃与孔底之间显得很滑，不利于刀刃对薄切削层的切入。这样，反而不如干钻。

三、钻硬钢材群钻的特点口诀

钻硬钢材钻头短，    前角减小槽磨浅；

最好使用切削油，    慢转慢进能过关。

第八节  钻钛合金

一、问题的提出

钛合金是具有较大比强度的金属结构材料，它比重小(约钢的一半)，强度高(与合金结构钢相近)。并且有耐腐蚀、耐低温和高温强度高等特性。目前，已广泛应用于航空、宇航、造船、化工等工业中。钛合金是一种难加工材料，钻孔中硬化现象较严重，刀具磨损较快，尤其是α+β相钛合金(如TC4)的钻削加工性更差一些。  

二、钛合金的特点

通常按钛合金退火后的组织划分为：α相钛合金，β相钛合金和α+β相钛合金。

α相钛合金(如TA2工业纯钛等)属于单项组织的合金。它的特点是高温性能好，组织稳定，但不能进行热处理强化，故室温性能不高。且其具有中等塑性，导热系数也比α+β相钛合金的为高，故其钻削加工性尚可。

β相钛合金，也属于单相组织的合金，其特点是通过淬火时效处理，可获得很高的室温性能。 

α+β相钛合金(如TC4)是双相组织的合金。它有较高的室温和高温强度，如在400～500°C时，σb可达618～894兆帕(63～85公斤力/毫米²)，并有良好的韧性和塑性，可以进行热处理强化。TC4钛合金的切削特点有：

(1)切屑变形小  切屑的变形程度可用切屑变形系数来表示，从切削试验中可知，由于钛合金的塑性较低，切削时变形系数甚小，接近于1，甚至在较高切削速度v和较大进给量f时，可小于1。切屑在高温下与大气中的氧、氢、氮等结合形成脆化，因此切屑与前刀面的接触长度短，切削力作用于刀具上接近刃口。

(2)切削温度较高  由于导热系数甚小，相当于45钢的1/5～1/7，且切屑与前刀面的接触长度短，切削热易集中于切削刃较小的区间内，因此切削温度较高，加速了钻头的磨损。

(3)加工硬化现象较严重  但主要并不是由于钻孔过程中的切削变形，而是由于钛的亲和力强，不仅有较严重的粘刀现象，在高温下(＞650℃))钛还很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮，通常，硬化深度为0.1～0.15毫米，硬度提高20～30％，这样也相应地加剧了刀具的磨损。

 (4)钛合金的弹性系数E较小，约为钢的1/2，因此钻孔的收缩量较大，也影响到钻头的耐用度。

国外，为钛合金的钻孔设计了专用钻头（ψ1.32～9.5毫米)，其特点是，钻芯厚度加大，修磨横刃，螺旋角为35°原始锋角2ψo=130°，并提高了刃沟表面的光洁度，据称取得较好的效果。

三、钻钛合金群钻的特点和使用

根据上述分析和可钻削性分级表(表5-2，见群钻的各种钻型三)，知TC4的分级指标为7、1、8、3。应该指出，第Ⅰ、Ⅲ项指标高，笫Ⅳ项也高于碳钢，选用的钻型(参见图5-9)正是针对这些特点设计的。

(1)由于材料弹性变形较大，孔形易于收缩，故将钻心尖稍磨偏，偏心值θψ＝0.2～0.3毫米，以适当加大孔的扩张量；并加大主切削刃的后角，减窄刃带宽度，以减小钻头与孔壁、孔底的摩擦。为了控制钻孔精度，则将钻尖高h适当加大，并减小内刃锋角2Φτ，以利于定心。

(2)由于刃带上的粘刀现象较重，因此在外缘转角处磨出小锋角的过渡修光刃，并使刃带（副后刀面）减窄，后角加大，使刃口锋利，同时加大刀尖角εγ，改善散热条件，以避免粘刀现象的发生。

(3)根据材料硬度高，切屑不易巷曲，切削负荷集中子刃口的情况，适当减小主刃的前角．以保持刃口具有一定的强度。并将前后刀面鐾光，提高刃面光洁度。

四、钻钛合金群钻的特点口诀

钛合金孔易收缩，冷硬、粘刀、积热多，

前角稍小后角大，心偏、尖高、小锋角。

第九节  钻 纯 铜

一、问题的提出

紫铜通常包括纯铜和无氧铜等。纯铜分为五种牌号T0～T4，常用的为T1～T3含铜（Cu）都在99%以上。表面呈玫瑰红色，有较高的导电、导热和抗腐蚀性能，电气工业常用来制造导电机件。

在纯铜上钻孔，常遇到的问题有：

(1)孔形不圆，成多角形，钻出的孔上部扩大。

(2)孔不光，孔壁有撕痕，有时出现螺线挤痕，出口出现毛刺。

(3)软的纯铜切屑不断，绕在钻头上，不安全；而且阻碍切削液流入孔中。

(4)有些硬化的纯铜切屑又较碎，此时孔也不容易光洁。

(5)钻头容易在孔中咬住。

二、纯铜的特点

(1)强度、硬度低，切削力小，产生的切削热也少，切削负荷不大。

(2)有很好的导热性，切削热大部分由工件和切屑很快地传出，因而传给钻头切削刃的热量少，温度较低，钻头的磨损小，不容易产生积屑瘤。

(3)工件(纯铜)传热快，钻头(高速钢)传热慢，切削时，由于工件线膨胀系数大，孔胀大很多，而且工件又比钻头冷得快，孔尺寸迅速回缩，所以容易使钻头咬死在孔中，尤其是在不加切削液时。

(4)纯铜的塑性(伸长率)和硬度，在毛坯的制造状态不同时有很大差别。如软纯铜伸长率达50%，而硬化了的纯铜只有4%，相差12倍。因此钻软纯铜时，切屑不容易断；而在已硬化的纯铜上钻孔时，恰恰相反，切屑却比较碎，在这种情况下我们又希望切屑能稍长一点。根据表5-2可钻削性分级表，知软纯铜的分级指标为0、7、0、3，而硬化了的纯铜分级指标为2、0、0、3。

已经冷作硬化的纯铜，可以用退火的方法来降低它的强度和硬度，并恢复它的塑性和韧性。

三、钻纯铜群钻的特点和使用

纯铜工件常要求钻出的孔具有较高的光洁度和精度，如光洁度▽4～▽6，精度H9～H10级。这时我们希望最好能用钻头直接钻出所要求的孔，因此孔的加工质量(光洁和精确)，成了问题的关键。

要想得到质量较好的孔，应注意钻孔中的许多环节，包括钻头的切削运动和定心要稳，振动小，不打抖；排屑要顺利，断屑要适当，不堵不挤；冷却要充足；孔壁的切削痕迹要小等。还应指出，当钻头刚切入工件时，切削运动和定心是否稳，即有无打抖现象，是否存在明显的振动，是否在孔底出现多棱的振纹等这些

都是非常重要的问题。它与群钻的钻芯部分密切相关，因此必须首先予以考虑。这是钻纯铜群钻的几何参数(参看图5-10，表5-11)的特点和设计依据。

 

(1)重要的是钻芯部分的形状要合适，以保证切削平稳，定心牢靠。其办法是：适当减小内刃锋角，2Φτ≈110～120°；加大钻尖高，h≈0.06d；内刃前角的负值要大些，γτC≈－20～－25°；圆弧后角减小，αRC≈10～12°，并加大横刃斜角，ψ≈90°，以得到较小的内刃切深方向后角αp。总而言之，钻芯部分尖一些，刃稍钝些，后角小一些，有利于定心、振动轻、不打抖，孔不出多角形。

(2)对直径d超过25毫米的钻头，外刃可磨分屑槽，便于排屑，而且可以进一步降低切削负荷。

(3)外刃锋角要适当，以利于排屑和改善光洁度，根据试验来看，2Φ＝118～122°较好。但当钻孔较深，孔光洁度要求不高时，则应加大锋角，改善排屑，参看第十二节铝合金的深孔钻孔。

(4)钻软纯铜，为了使切屑一段段地断开并顺利排出，应选用较大的进给量（f）。必要时可以在钻头的前面磨出负前角的断屑面，或采取其他断屑措施，参见第十节。

钻硬化的纯铜，为避免切屑太碎难以排出，外刃锋角（2Φ）应适当加大。  

(5)必要时，可将外缘刃尖磨出倒角或磨出圆弧刃，以及采用高转速(ｎ)和小进给量(f)，以提高孔壁光洁度。例如，钻头直径d＝12.4毫米，可采用转速n＝1050～1700转/分，进给量f＝0.12～0.21毫米/转。

四、钻纯铜群钻的特点口诀

纯铜群钻钻心高，    圆弧后角要减小，

横刃斜角九十度，    孔形光整无多角。

第十节 钻无氧铜

一、问题的提出

　　在电气工业生产中，常遇到另一种很纯的铜，即无氧铜(TU1、TU2)。如上节所述，纯铜有较高的塑性与韧性，但钻纯铜时断屑还不是很严重的问题，采用一般的断屑方法和适当的切削用量，就能实现断屑。但是，在无氧铜钻孔时，除了钻纯铜所遇到的一般性问题外，不断屑的问题则非常突出，采用一般的断屑方法很难达到断屑的目的，切屑常缠绕在钻头上，严重影响安全和生产效率。

二、无氧铜的特点

普通纯铜除含铜99.9～99.95%外，还含氧0.02～0.06%，这些含氧量相当于0.27～0.45%氧化亚铜(Cu2O)的含氧量，存在于晶界，影响到它的机械性能。而无氧铜含氧仅0.003%，它与普通纯铜的不同之处是不含氧化铜，两者的抗拉强度与伸长率都差不多，但就断面收缩率来说，普通纯铜为73%；而无氧铜则为90%，显然要高得多。无氧铜在冷作加工时，当加工率为90%时，其断面收缩率仍高达87%。由此可见，无氧铜的断屑是相当困难的。

从实践中也看到，当用同一支钻头，并采用相同的切削用量，分别钻纯铜与无氧铜工件，得到的切屑收缩系数就不同，无氧铜的切屑要比纯铜厚1/3左右。如用γO＝20°的刨刀，吃刀深度aP＝1.5毫米，进给量f＝0.664毫米/次时，无氧铜的横收缩系数Ka＝4.2；而纯铜的横收缩系数Ka＝3.2。这说明无氧铜不但断面收缩率高，能承受很大的塑性变形，而且也容易产生塑性变形。例如用直径Φ19.7毫米的钻纯铜群钻，采用相同的切削用量，钻纯铜和无氧铜，虽然得到的切屑厚度不同，但钻削力却相差不多，功率消耗也相近。如表5-12所示。

 三、钴无氧铜群钻的特点和使用

钻无氧铜除断屑较难外，其他特点与钻纯铜时相近。因此，钻无氧铜断屑群钻实质上是在钻纯铜群钻钻型的基础上稍加改动，采取了新的断屑措施，以达到断屑的目的。这种钻型如图5-11所示。其特点是：

(1)在外刃处由负的端面刃倾角修磨成正刃倾角λｔ。由于正刃倾角的作用，当切屑离开刃口向上流动时，即向加工表面(即孔底)方向流去，待碰到孔底后折向孔壁再向外排出，大大增加了切屑的附加变形。经观察，切屑堆挤得比正常情况下的切屑要厚得多，这表明在形成过程中切屑的变形加大了。切屑在排出过程中，还与孔壁及钻头的螺旋槽不断摩擦和受到它们的阻挡变形增大；而且厚薄不一，出现不均匀的现象，在切屑较薄的部位产生薄弱环节，加上主轴有很高的转速，致使切屑在离心作用的甩动下，得到断屑。

(2)在达到断屑的过程中，钻削力有所增加，容易引起切削振动(打抖)。为了保证切削平稳，不出多边形，钻芯部位的几何参数要起到保证定心可靠的作用，即应使横刃斜角尽可能大些(ψ＝90°)，以减小内刃的侧后角；钻尖高由h＝0.06d增加到0.08d；内刃锋角略减小(2Φτ≈110°)；圆弧半径也要适当减小，由R≈(0.15～0.2)d减到0.1d。

(3)外刃部分的几何参数基本上与钻纯铜群钻相同，但也要稍加改变，即不再磨出单边分屑槽，以有利于断屑，因此外刃长可稍减小，由l＝0.3d改为0．25d；后角也稍减小，由αfc≈12～15°减小到10～12°，以有利于消除切削中的振动；外刃锋角在一般情况下可以不变(2Φ＝120°)，但若钻较深孔时，2Φ也可略为加大，以有利于排屑。若要求孔的光洁度较高时，外刃的外缘转角处也可按精孔的要求采取适当的措施。

关键在于外刃应修磨出适当的正的端面刃倾角，λt≈12～22°，直径小的钻头可采用较大值；外刃前角也应略为减小，γnc＝15～25°。

(4)当修磨正的端面刃倾角时，半径Rλ应与圆弧刃半径R配合恰当，使Rλ与R的最低点相接近，过渡圆滑。通常选用Rλ≈0.04d比较合适，这是断屑与否的关键。Rλ小些有利于断屑，但若过小，则切削力增大，易引起振动，并会降低加工光洁度。

由于外刃处修磨出正刃倾角，也会影响到圆弧刃，使其前角有所减小，因此可将圆弧后角适当加大，即由αR≈10～12°增加到12～15°。钻无氧铜断屑群钻切削部分的几何参数见表5-13。

(5)必须注意，在修磨正刃倾角时，将会引起外刃和圆弧刃几何参数的变化。例如直径ψ18.5毫米的钻头，会使外刃锋角2ψ增大10°左右，尖高h增高约0.25毫米，外刃长l增长约0.5毫米。因此在修磨正刃倾角之前，应使上述几种参数适当减小。

    (6)钻无氧铜要想得到良好的断屑，正确选用切削用量也很重要。通常在不产生振动和不发生闷车的情况下，由于加工材料的强度低，导热率高，钻头刃口上的热负荷还不十分严重，允许选用较高的切削速度v=40～80米/分。而进给量一般应选用较小值，f=0.03～0.19毫米/转，若进给量选得过大，则不利于无氧铜的断屑效果以及加工精度和光洁度。

为了尽可能减轻钻头切削刃上的热负荷，改善孔的加工质量，应尽量采用乳化液冷却。

四、钻无氧铜群钻的特点口诀

无氧铜料塑性高，      外刃磨出正倾角，

钻心定稳不发颤，      慢进快转促断屑。

第十一节    钻黄铜

一、问题的提出

铜(Cu)与锌(Zn)的合金称为黄铜，铜与锡(Sn)或铝(Al)、铅(Pb)、镍(Ni)、锰(Mn)、铍(Bo)等元素的合金称为青铜。黄铜有一定的强度、硬度、耐蚀性和耐磨性，以及较好的导电性。所以，它在机械工业中常用来作耐磨衬套和抗腐蚀零件，在电气工业中常用来制造各种机件。青铜比黄铜在机械性能和耐蚀性上都好，因此在机械工业中也常用。两者加工性能类似，所以我们着重对黄铜加以分析。

钻黄铜最突出的问题是：容易产生“扎刀”现象。产生“扎刀”，轻则使孔出口处划坏和有毛刺或使钻头崩刃，重则钻头切削部分扭坏，钻头折断，出事故。

二、黄铜的特点

钻孔中常遇到的是铸造黄铜，如ZHPb59-1和H62、HPb59-1。它的特点是：

(1)强度和硬度低，切削负荷小。

    (2)铸造黄铜塑性较小，切屑较碎，与铸造青铜、铸铁相类似。而压力加工软黄铜的塑性较大，切屑也不易断。

(3)黄铜、青铜、铸铁、夹布胶木等强度低、硬度低、塑性小、组织粗松的材料，在切削中，当切削刃锋利时都容易产生不同程度的“扎刀”问题，其中以黄铜和胶木最为突出。用钻头扩孔，当切削刃很锋利(前、后角较大)时，也会产生“扎刀”。

所谓“扎刀”就是一种“自动切入”的现象，例如用手进刀钻黄铜孔，手可以感觉到用来转动进刀手轮的力很小，而当刚钻透工件时，由于轴向力突然降低，主轴弹性系统迅速回弹，使进给量瞬时加大，则明显地看到钻头自动扎下去，很不安全。如图5-12所示，钻头扎下，孔形划坏。从切削力示波图，如图5-13a所示，也可以看出，当钻尖刚出孔口时，轴向力下降，甚至瞬时出现负值，而此时由于进给量瞬时增大，则扭矩迅速增大，超出正常切削扭矩很多倍。当将钻头外缘部分前刀面适当修磨，减小前角使γ0=8°，则扎刀现象基本上能得到消除，如图5-13b所示。

 

 

产生“扎刀”的原因，据初步分析，可以认为：由于材料塑性小，因此切屑对切削刃前面的摩擦力Ff很小，切屑对刀刃的作用力主要是弹性压力，作用于刃口附近。刀具越锋利，即前角越大，则此弹性压力的作用方向越是将刀刃压向工件体内，如图5-14所示。如果这时工件材料软、强度低、组织粗松，则越促进刀刃的扎入。即以黄铜HPb59-1为例，当金相组织为粗叶状α相时，组织松软，扎刀现象最显著；而组织为细密粒状α相时，则扎刀不明显，如图5-15所示。

三、钻黄铜群钻的特点与使用

(1)钻黄铜首先要解决的问题是避免“扎刀”。它的外刃前角较大(≈30°)，因此，为了克服“扎刀”，不使切削刃过分锋利，即应适当修磨前刀面，以减小前角。64式黄铜群钻把整个前面都修磨了，能可靠地避免“扎刀”现象。后来，通过多次试验表明，关键在于外缘处的前角，因此，67式钻黄铜群钻只修磨切削刃外缘处，使成三角形小平面，同样可以克服“扎刀”，而它的切削力则比64式有所降低(见表4-5)。

(2)横刃长bψ进一步缩短，减小了轴向抗力。只要刃磨对称，即可钻出很精确的孔形。

(3)如对孔的光洁度要求不高，外刃前角减小值不宜过多，只要不“扎刀”，即可。一般外刃轴向结构前角γc≈6～10°，钻压力加工黄铜取上限值。当钻压力加工软黄铜时，要求光洁度较高，可将外刃轴向结构前角修磨成负前角（γc≈－5～－8°)，把棱边磨窄，并将外缘刃尖磨成圆弧(r＝0.5～1毫米)，选用适当的切削用量，例如直径18.5毫米的钻头：进给量f＝0.03～0.09毫米/转，转速n＝530～850转/分，光洁度可达▽6～▽7。

钻黄铜群钻切削部分的几何参数见图5-16和表5-14。

 

 

四、钻黄铜群钻的特点口诀

黄铜钻孔易“扎刀”，外缘前角要减小。

刃带膳窄、修圆弧，  孔圆、光整质量高。

第十二节  钻铝合金

一、问题的提出

铝(A1)及其合金，出于它的比重小，有一定的机械性能和良好的导电性、导热性和耐蚀性，因此在各种工业部门都得到广泛的应用。

机械工业中应用纯铝多为L5，如铝板。铝合金是在铝中加入少量其他元素，可以提高它的机械性能和工艺性。铝合金按制造方法不同，分为铸造的和形变(可压延)的两大类。

形变铝合金又可分为热处理(淬火和时效)可强化与热处理不可强化的两种。后一种强度较低，塑性高，主要用来制作拉伸的零件和铆钉等。前面一种强度高，常以板材、型材、管材的毛坯形式制造锻压、管形的机件，这类材料有LYl2―M，LYl2―CZ，LC4―M等。这类材料零件的孔加工量较少，所以我们不着重去考虑它。

铸造铝合金的种类也很多，最基本的是铝硅合金ZL102，俗称硅铝明。常用的牌号有ZL102、ZLl01和ZL202，铸造性能都较好。ZL102不能进行热处理(淬火和时效)，而且切削加工性很差；后两种能进行热处理，切削加工性稍好。

在铝合金(主要是铸造铝合金)上钻孔，遇到的主要问题是：

(1)产生积屑瘤严重。

(2)孔光洁度低。

(3)孔较深时切屑难排出，轻则使孔壁划伤；重则切屑挤住刃沟，使钻头折断。

二、铝合金的特点

根据表5-2可钻削性分级表可以看出，铝和铝合金的主要关键是第Ⅱ、Ⅳ项，即切屑变形大，积屑瘤严重和孔易收缩。具体有：

(1)铝合金强度、硬度低，切削负荷小，可以加大切削用量，与铜合金类似。(2)除纯铝外，一般铝合金的塑性都小，伸长率低，因此断屑较顺利。

(3)导热性能好，比铜合金还高出一倍，对降低切削温度有利。

(4)铝合金工件散热比较快，但在刃口上仍存在局部的高温、高压区，而铝和铝合金的熔点低(铝的熔点为659℃)，因此切屑上铝合金的分子很容易地粘滞在钻头的前面上，形成积屑瘤。锌合金的熔点更低，约400℃左右，因此这个问题更加严重，常常使切屑完全熔粘在螺旋槽上，挤死刃沟。

(5)由于产生积屑瘤，并且铸造铝合金常有针眼、气孔等缺陷，使孔的光洁度降低。

(6)由于积屑瘤的残痕粘附在钻头前刀面(螺旋槽)上，使切屑流出受到阻碍，导致切屑变形大，收缩系数也大，切屑断面变得很厚，占去钻头刃沟容屑空间较大的比例，因此使排屑情况变坏。

(7)铝合金的弹性系数仅为碳钢的1/3，而其线膨胀系数却为碳钢的两倍，因此钻孔中要防止孔径的收缩，并应加大后角。

(8)铸造铝合金中含有硅(Si)，硅的化合物是很硬的质点，加剧刀具的磨损。

(9)加工铝合金若用水剂切削液，由于铝容易和氢起化合作用，使孔壁产生很细的针孔。粗加工时可用较浓的乳化液，而精加工则最好用润滑性较好的非水剂切削液，以防止产生针孔，同时有利于减小切屑的变形，以及切屑与钻头前面之间的摩擦，避免产生严重的积屑瘤。我们推荐用煤油或煤油与机油的混合液。

(10)轻合金中还有一种常用的合金是镁合金。镁合金比铝合金更轻，但切削加工性很好，不产生积屑瘤，加工光洁度也好。但是应该注意的是镁(Mg)末容易引起火灾，因此加工时最好使用切削液，并且适当地加大进给量f，使得到较厚的切屑，可以避免火灾的危险性。

三、钻铝合金群钻的特点和使用

(1)钻铝合金群钻的几何参数，与基本型群钻基本相近，只是将横刃修磨得更窄，bψ≈0.02d，以进一步降低切削负荷。同时加大外刃锋角2Φ，以利于排屑。

(2)为了减轻产生积屑瘤的情况，特别是避免积屑瘤在消失时的残痕粘附在前面上，应将钻头切削刃的前刀面(螺旋槽)和后刀面用油石鐾光到▽8以上；最好选用刃沟经过抛光的钻头。

(3)采用较大的后角和修磨刃带，尖高h较低，钻芯稍为磨偏一些，以避免孔径收缩和减小摩擦，降低切削温度。

(4)钻较深的孔时，排屑的顺利与否成为关键。在对待容屑与排屑的关系问题上，应该排、容并举，以排为主。具体的措施是：第一，要保证分屑良好，应适当减小内刃锋角，2Φτ≈90～110°，并减小圆弧半径，R≈0.08d，使圆弧刃加深，改善B点的分屑作用。同时将两外刃磨得高低不同，以得到完全分屑；第二，加大外刃锋角，2Φ≈140～170°，并将外刃前刀面鐾出小平面，宽度C稍大于进给量f，外缘处结构法前角γnc减小到8～10°，这样，会使切屑在流出时减轻与螺旋槽的摩擦；第三，尽量减轻前刀面上积屑瘤残痕对排屑的阻碍作用；第四，在修磨横刃时，将刃瓣沿沟背棱多磨去一些，以加大容屑空间；第五，采用较高的转速，以利用甩屑的作用促使切屑排出。钻铝合金ZL101时，钻头直径d＝15毫米，推荐几何参数如图5-17所示，切削用量参考表5-15。当孔深为170毫米时，采用转速n＝1200～1700转/分，进给量f＝0.32～0.4毫米/转，排屑很顺利，效率也很高。

四、钻铝合金群钻的特点口诀

料粘、孔糙、积屑瘤，孔深排屑很棘手；

鐾出平面、  大锋角，精孔最好加煤油。