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多刃尖麻花钻的标准化与产业化

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在现代金属切削刀具领域，人们基本话题集中于可转位硬质合金涂层刀具，CBN刀具、陶瓷刀具等等。然而一个不容忽视的现实是：中国高速钢麻花钻的产量、销量在急剧增加，中国机加工行业用量最大的还是高速钢麻花钻，全世界还有巨大的民用麻花钻市场(用于手电钻、台钻等)。因此已使用了上百年，近来被人忽视的高速钢麻花钻仍应该归属于现代金属切削刀具范畴。
针对高速钢麻花钻的使用范围及它的缺陷，我公司拟定了以多刃尖麻花钻取代标准麻花钻的全面创新计划，它包括：1．麻花钻的生产工艺创新；2．麻花钻的结构、槽型创新；3．多刃尖麻花钻的标准化与产业化。
本公司以实现多刃尖麻花钻标准化与产业化为首要目标，以市场为先导带动麻花钻的结构、槽型创新和生产工艺创新。
“多刃尖钻头”起源于五十年代发明的倪志福钻头，后改称群钻。其原理是对标准麻花钻的钻尖进行修磨，形成“三尖七刃”的钻型，用以提高其钻削性能，并延长钻头的使用寿命。经过多年的研究开发，群钻的钻型有了较系统的发展和改进，以1967年定型的群钻为代表，它与标准麻花钻相比，具有三大显著优点：
  1. 钻削轴向阻力减小40%左右，所以钻孔效率高，钻头切削寿命长，与标准麻花钻相比，一般可提高切削寿命3~5倍；
  2. 优异的定心、分屑、排屑性能，使钻孔的光洁度、精度均优于标准麻花钻；
  3. 有多种钻型，粗分有十几大类，细分几十种，分别用于钻薄板、钻碳钢、铸铁、铝合金、不锈钢、黄铜、紫铜……名目繁多，其使用性能也远优于标准麻花钻；
不过“群钻”的第三个优点中也包含了其不足，即钻型繁多每种钻型的适用范围窄，或者说通用性不好。加上群钻钻尖的刃磨建立在技术工人具有高超技艺基础上，用手工刃磨名目繁多、角度复杂的群钻。以上都严重制约了群钻的大规模推广和应用。
群钻的另一个重大贡献是其原理为高速钢麻花钻的创新提供了理论依据和实践经验。海南高超钻头有限公司依据群钻原理，开展了多刃尖麻花钻标准钻型的研究。我们理想中的标准钻型应该具备以下特点：
  1. 切削阻力比群钻进一步减少；
  2. 适合钻削常用的多种金属，如：碳钢、不锈钢、铸铁、铝合金……等等
  3. 适合钻削薄板，又适合钻削深孔；
  4. 特别适合在手电钻上使用；
  5. 适合大规模工业化生产；
表1 f15mm以下“多刃尖钻头”(QB-2003标准)参数改进对比表
  尖高
h 		圆弧
半径R 		外刃
长l 		横刃长
b 		外刃锋
角2f 		内刃锋
角2ft 		横刃
斜角Y 		内刃前
角gtc 		外刃
后角ac 		圆弧后
角aRc 		内刃
斜角t
67型
群钻 		0.03d~
0.04d 		0.1d 0.2d 0.03d~
0.04d 		125° 135° 65° -15° 15° 18° 20°
标准多
刃尖钻头 		0.08
~0.09d 		同上 同上 0.05mm~
0.25mm 		135° 118° 60° +5°~-5° 同上 同上 40°
为此，我们以67型基本群钻为基础，对群钻六大刃磨参数(f15mm以下)作了以下修改(表1)：
  • 第一、外刃锋角由125°改为135°；
  • 第二、内刃锋角由135°改成118°；
  • 第三、钻尖高由0.03d~0.04d改成0.08~0.09d，加高近1倍；
  • 第四、横刃长由0.03d~0.04d减少为0.05mm~0.25mm，以f10为例，横刃长由0.35mm减少为0.20mm，减短40%；
  • 第五、内刃斜角由20°加大为40°；
  • 第六、内刃前角由-15°加大为+5°~ -5°；
修改刃磨参数的目的如下：
  1. 横刃进一步缩短、内刃前角加大，使钻削轴向阻力比群钻进一步减小；
  2. 135°的外刃锋角不但适合钻削多种金属材料，而且适合钻削薄板，这是各种条件下都适用的通用角度；
  3. 外刃锋角135°配以内刃锋角118°，使其定心和分屑性能能进一步提高，应用在抛物线槽型深孔钻中，多刃尖钻型的分屑排屑性能优于常用的十字刃磨钻型，因而适合钻深孔；
  4. 内刃斜角由20°加大为40°(十字刃磨内刃斜角为48°)，使钻尖强度比67型群钻更好，定心性能又优于十字刃磨钻头。它的钻尖几何形状就像一个四棱锥，性能上就像一个“样冲”；
  5. 钻尖高由0.03d~0.04d加高为0.08d~0.09d后，使钻头在毛坯面上仍可准确地定心，在手电钻上使用时其优势更明显。本公司产品出口检测标准中规定：钻头夹持在手电钻上，在光滑的不锈钢表面钻孔，钻头轴线与工件平面成80°夹角(从90°垂直状态故意倾斜10°)，开机后，钻尖在原处不动，工件表面呈现一“样冲”眼，即为合格，之所以达到以上标准，即是靠减小内锋角，减短横刃，加高钻尖三项参数改进后的结果，它在手电钻上的使用性能超过任何其它钻头。
  6. 内刃锋角由-10°加大为+5°~ -5°(通常取0°)，使内刃处钻削阻力进一步减小。加大磨削深度的综合刃磨横刃方法，使内刃切屑可以顺利排出，这是标准多刃尖麻花钻肉眼不易看出的优点。

图1
QB-2003多刃钻的综合优点为：
  1. 适合钻削多种常用金属，例如：碳钢、不锈钢、铝合金、铸铁等，通用性更好，效率更高，钻削轴向阻力小于67型群钻，仅相当标准麻花钻的50%。
  2. 适合钻薄板，且比67型群钻中的薄板钻更耐用。本企业标准“多刃尖钻型”应用在抛物线深孔钻上，其定心、分屑、排屑性能优于国内外使用的十字刃磨钻头。
  3. 它在手电钻上使用性能优于国内外目前使用的任何钻头，我们认为，中国经历五十多年才得以完善的标准多刃尖麻花钻是可以取代现行世界标准麻花钻的。
海南高超钻头有限公司还自行开发了专用刃磨设备，在大规模、高效率、高精度刃磨多刃尖钻钻尖方面取得了突破性进展：刃磨精度超过或相当国内外专用数控磨床，刃磨效率数倍于专用数控磨床及其它专用机床，其易操作、易维修的特点，更是其它专用机床望尘莫及。
它使大规模生产标准多刃尖麻花钻成为可能。目前已经批量，而且正在准备更大批量为国外大公司生产钻头(按本公司QB-2003标准)。标准多刃尖麻花钻是一种从产品到生产技术都是中国人完全自主开发，并且在国际上独树一帜的产品。
以对标准麻花钻修磨为特征的标准多刃尖麻花钻进入国际市场，这只是我们创新的第一步。市场的强劲需求，将促使我们立即启动对通用高速钢麻花钻在生产工艺、槽型、结构、钻型的全面创新工程。一种外观与标准麻花钻明显不同、内在质量大幅度提高、综合性能全面提升的通用高速钢标准多刃尖麻花钻将诞生在中国。
我们真诚地希望它烙上“中国创造”的印记走向世界。


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