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在干式切削加工中經(jīng)常用到微型鉆頭，由于微型鉆頭的直徑小、強(qiáng)度低、剛性差，再加上操作者使用不盡合理，導(dǎo)致鉆頭的壽命短、孔精度差。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)略介紹微型鉆頭在切削過(guò)程中的發(fā)生損壞的力學(xué)原因，為此類鉆頭的設(shè)計(jì)和使用提供依據(jù)。鉆頭每一側(cè)切削力都會(huì)產(chǎn)生切向、徑向與軸向抗力，當(dāng)左、右切削力對(duì)稱時(shí)，徑向抗力可相互抵消，最終構(gòu)成對(duì)鉆頭的扭轉(zhuǎn)反力矩與軸向推力。如圖所示。在正常的生產(chǎn)條件下，鉆頭損壞的原因是扭矩過(guò)高、進(jìn)給量過(guò)大、初始接觸點(diǎn)偏移等。對(duì)于小鉆頭而言，工程中預(yù)測(cè)鉆頭扭矩的公式為：影響扭矩和軸向推力的因素包括鉆頭的幾何形狀、鉆削條件和工件材料，對(duì)普通麻花鉆，按下述公式可估算出鉆削條件對(duì)扭矩和軸向推力的影響。由公式0.8鉆頭的扭斷強(qiáng)度應(yīng)為4.36N。由于0.1mm/轉(zhuǎn)的進(jìn)給量產(chǎn)生的扭矩超過(guò)該值見(jiàn)公式，因此不能以這樣高的進(jìn)給量鉆削。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，在上述條件下所普遍采用的送進(jìn)量高達(dá)0.18mm/r，所以產(chǎn)生斷裂在所難免。
利用有限元分析軟件建模時(shí)，首先需要根據(jù)鉆頭幾何輪廓線方程選取鉆頭上的某些特定節(jié)點(diǎn)它們將成為模型中的部分節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)必須能充分反映鉆頭的幾何特征，從而可通過(guò)所建模型將鉆頭完整、準(zhǔn)確地描述出來(lái)。選取節(jié)點(diǎn)時(shí)還應(yīng)考慮鉆頭的對(duì)稱性，以盡量減少數(shù)據(jù)輸入量，如圖所示。采用有限元方法構(gòu)建其模型后可以更真實(shí)地反映刀具形狀及特點(diǎn)，能更精確地分析切削過(guò)程中最大應(yīng)力點(diǎn)在鉆頭冠部切削齒處。
經(jīng)驗(yàn)上說(shuō)小直徑鉆頭的強(qiáng)度、剛度在很大程度上取決于鉆芯的直徑、螺旋溝槽與鉆背寬度的比值。通常標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的鉆芯直徑d。應(yīng)是鉆頭直徑d的0.125-0.15倍。容屑槽寬度q與鉆背寬度p的比值一般是1-1.3，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格的合理劃分，得到的鉆頭在不同參數(shù)下的應(yīng)力云圖圖略，說(shuō)明了小直徑鉆頭容屑槽的最佳參數(shù)比。對(duì)于小直徑鉆頭來(lái)說(shuō)，一般按以下數(shù)據(jù)來(lái)選定d>0.3d，q/p=1/2。對(duì)于公式是按鉆芯厚度為鉆頭直徑18%的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉆頭導(dǎo)出的，但由于小直徑鉆頭的強(qiáng)度、剛性在很大程度上取決于鉆芯的直徑。通常標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的鉆芯直徑d。應(yīng)超過(guò)鉆頭直徑d的0.15-0.4倍。所以許多標(biāo)準(zhǔn)小孔麻花鉆的鉆芯與直徑之比取為32070，扭矩強(qiáng)度大致正比于鉆芯直徑的立方。
公式較適合于小孔鉆頭。低轉(zhuǎn)速和螺旋角一樣，對(duì)扭矩有影響。通常增大螺旋角，能獲得較大的前角，使切削輕快，容易排屑，切削變形所需要的能量就小，相應(yīng)地降低了切削溫度。但是對(duì)于小直徑鉆頭來(lái)說(shuō)，增大螺旋角會(huì)減小端截面的面積，影響鉆頭強(qiáng)度，容易引起鉆頭振動(dòng)和崩刃現(xiàn)象。例如采用30。以外的螺旋角時(shí)，其扭矩和軸向推力的增量為：于是當(dāng)螺旋角為零度時(shí)，扭矩增大60070，軸向推力增大75070。對(duì)于小直徑鉆頭的螺旋角一般取15-20，這些在鉆頭的應(yīng)力云圖上均能顯現(xiàn)出來(lái)。公式刀租8)提供了只考慮極限扭矩時(shí)許可鉆削條件的一些基本概念。
為了獲得滿意的鉆削效果，制造過(guò)程中應(yīng)注意：(1)鉆頭的尺寸精度對(duì)孔徑的影響是很顯然的。如果超差，那么所加工的孔必然超差。工藝中可經(jīng)過(guò)粗、精磨或鏡面磨削，保證磨削出的鉆頭直徑在中差左右，且表面粗糙度較低。(2)保證位置精度，工作部分即使保證了尺寸精度，在使用時(shí)仍將有可能由于對(duì)基準(zhǔn)軸線同軸度超差導(dǎo)致孔徑偏大，攻絲后使用時(shí)螺紋接觸高度不夠，導(dǎo)致螺紋聯(lián)接失效。(3)切削刃對(duì)基準(zhǔn)軸線的斜向跳動(dòng)。如果鉆頭兩主切削刃與基準(zhǔn)軸線間的夾角不等或兩主切削刃沿基準(zhǔn)軸線方向高度不等，則兩主切削刃的切深不等，它將使徑向切削力不平衡造成孔的擴(kuò)張，且容易偏斜。
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