鉆削技術與刀具的發展近況

    最近在德國金屬加工行業所做的一項調查表明，鉆削加工是機械加工車間耗時最多的工序。事實上，在所有的加工工時中，有36％消耗在孔加工操作上。與此對應 的是，車削加工耗時為25％，銑削加工耗時為26％。因此，采用高性能整體硬質合金鉆頭取代高速鋼和普通硬質合金鉆頭，能夠大幅度減少鉆削加工所需的工 時，從而降低孔加工成本。

    過去幾年來，切削加工參數（尤其是切削速度）在不斷提高，特別是高性能整體硬質合金鉆頭的切削速度提高明顯。20年前，整體硬質合金鉆頭的典型切削速度為 60～80m/min。如今，在機床能夠提供足夠的功率、穩定性和冷卻液輸送能力的條件下，采用200m/min的切削速度鉆削鋼件已不足為奇。盡管如 此，與車削或銑削加工的一般切削速度相比，鉆削加工在加工效率上還有很大的提高潛力。

    整體硬質合金鉆頭對于基體的韌性要求很高，而鉆頭的磨損在可控和均勻穩定的情況下是可以接受的。因此，典型的鉆削刀具牌號比車削或銑削刀具含有更多的鈷元素。

鉆頭材質通常采用微細晶粒硬質合金，以提高切削刃強度，確保均勻磨損而不發生崩刃。用硬質合金鉆頭加工時通常要使用水基切削液，因此切削刃處的溫度并不太高，但要求鉆頭具有抗熱沖擊性。性能最佳的鉆頭牌號是典型的純碳化鎢材料，而無需大量添加碳化鉭或碳化鈦。

    對于整體硬質合金鉆頭而言，涂層必須發揮比僅僅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂層必須在刀具與工件材料之間提供隔熱層并保持化學惰性；必須將工件材料 與涂層之間的粘結作用降至最低以減小摩擦；涂層表面必須盡可能光滑；此外，麻花鉆的涂層還必須具有抗裂紋擴散能力。鉆削加工的動力學特性可能會引起微裂 紋，為了保持刀具壽命，就必須阻止裂紋擴散。通過選擇正確的涂層工藝和生成適當的涂層顯微結構，可使涂層材料處于壓應力狀態下，從而大幅度延長刀具壽命。

    采用多層涂層可以獲得良好的使用效果。多層涂層能阻止微裂紋在各層涂層之間擴散，即使有個別涂層出現損壞和剝落，其它的涂層仍可對硬質合金基體起到保護作用。對于鉆削刀具，采用納米涂層和精確定制涂層也具有很大的發展潛力。

    例如，一種頂層采用TiN的新型TiAlN納米涂層可使在鉆削加工不銹鋼時遇到的許多問題迎刃而解。平滑的TiN頂層涂層可減小刀具與工件材料的粘結與摩 擦，而下層的TiAlN納米涂層可為刀具提供硬度和耐磨性。這種涂層具有極佳的防裂紋擴散性和防熱震性，在鉆削不銹鋼時切削速度可達 70～80m/min，幾乎是常規鉆頭的2倍。