φ0.1、5mm盲孔、鋁合金!微細鑽頭加工不易做

直徑為3mm以下的微小孔廣泛存在於航空航天、紡織、汽車燃油噴射系統、醫藥裝置及假體、計算機 IT產業等的零件中。隨著各種機械的小型化、輕量化、精密化，精密微小孔的加工需求亦日益增多。

目前，微小孔的加工主要還是依靠微細鑽頭進行鑽削。微細鑽頭加工時易折斷、損傷，壽命短，加工效率較低，對加工孔深也多有限制。不少鑽削工具製造公司為克服這些不足開發了具有不同特色的產品。

以下表格展示了幾款微細鑽頭在基本結構上的特點和差異，這幾款產品分別是：

三菱

公司的MSE型，UNION公司的C-UMD型，菱高公司的ZH382-VIO型，不二越公司的AQMD型微細鑽頭。表1-表4分別具體列出了Ф0。1、Ф0。2、Ф0。5、Ф1各銘牌產品在結構形狀，幾何角度方面的引數。

表1-表4中可以看到各型號微細鑽頭在結構、幾何角度尺寸上的差異。一般微細鑽頭直徑極小，在結構設計上既要防止它折斷損傷，又要使它鋒利減少切削力，同時還要保持使用中具有一定的強度和韌性。以下以三菱公司的MSE 型微細鑽頭（圖1）為例，進行具體說明。

MSE 型微細鑽頭所用的材料是MF20（用於φ0。3以下，硬度抗彎強度較TF15高）和TF15（運用範 圍廣，綜合性能好），這兩種超微粒硬質合金基體，外表再上加以Miracle技術塗敷的VP塗層（AlTi）N，使得鑽頭韌性好、硬度高、氧化開始溫度高、摩擦係數小。其直徑範圍是φ0。1-φ0。99。除一般鋼，合金鋼鑄鐵外，非鐵金屬、不鏽鋼，耐熱鋼等也能加工。各種材料可按樣本推薦的切削條件進行加工，使用外部冷卻，可鑽孔深度與直徑的比是：L/D=5-12，可用熱裝刀柄夾持。另一種VCSSS型直柄短槽微細鑽頭直徑範圍為φ0。3到1。3，可加工高硬鋼，能加工孔深：L/D=5。

微細鑽頭加工例項

■用φ0。5MSE 型鑽頭鑽奧氏體不鏽鋼SUS304（1Cr18Ni9）上盲孔孔深5mm，在立式加工中心上，可用切削速度=9。4m/min（轉速=6，000rpm），進給量=0。015mm/rev（90mm/min）以步進方式進給，步進量0。15mm，用乳化水溶性冷卻液，可連續鑽1，600孔。

■用φ0。5mm鑽頭在加工中心上鑽耐熱合金 Incone718上通孔，切削條件是：切削速 度=4。7m/min（n=3，000rpm），進給量=0。005mm/rev，每分鐘進給量=15mm/min，步進量=0。1mm，使用水溶性乳化冷卻液，可鑽47孔。

■用φ0。5MSE 型鑽頭鑽預硬鋼（HRC45）上盲孔，切削條件：切削速度=24m/min（n=1，500rpm），進給量=150mm/min，步進量=0。1mm，用氣霧冷卻，可鑽1，000孔。

■用φ0。1MSE型鑽頭鑽鋁合金（A7075）上深5mm盲孔，切削條件：切削速度=80m/min（n=2，500rpm），進給量=0。08mm/rev，每分鐘進給量=2，000mm/min，用水溶性冷卻潤滑液，可鑽500個孔以上。

φ0。3以下孔鑽削時，宜先使用MSP型定心鑽（圖2）預鑽導向孔。其頭部形狀是三角錐，它能鑽出位置精度很高的導向孔，還可用它加工出90°倒角。使用定向鑽預鑽導向孔雖增加一工步，但由於微細鑽頭前端有了支撐，擺動減少，使鑽削過程穩定，孔的精度、孔表面質量、孔系間的位置精度得以提高，鑽頭壽命也延長了。φ0。1鑽頭經實驗，不用定心鑽預鑽導向孔，孔精度低，且只能加工23-63個孔，使用定心鑽可加工400個孔以上。

為提高通用型MSE型微細鑽頭的加工效率和壽命，三菱公司對MSE型微細鑽頭的鑽頭結構進行了改進（改進後的型號為MWS），即改進螺旋槽形狀使鑽芯側的主刀刃形成凹刃，該部分原來的負前角變成了正前角、在近外圓側的形成凸刃，原來的正前角偏大使之減小，增強了該處刃口強度，這種凹凸的螺旋槽形結構使切屑分斷易於排出，還減少了切削力。三菱公司還對鑽頭頂角錐面即主刀刃後刀面進行修磨去除橫刃，並修磨出三重後刀面，減少了軸向切削力，冷卻方式由外冷式改為內冷式即鑽頭中做出圓內冷卻孔，提高了冷卻效率。MWS 型最小鑽頭直徑為Ф0。5。

三菱公司之後又在MWS型改進基礎上開發了新一代的通用型微細鑽頭MVS型（圖3），擴大了排屑空間，新槽形芯部與螺旋角實現最佳化，刃帶增加使之具有雙重刃帶，提高了導向性和對孔內壁的修光效能，內冷的圓孔改為冷卻效果更好的三角形孔，塗層改為多層複合氮化物的DP1020，其外層進行Zero-μ處理，提高了抗龜裂能力，並使摩擦力減小。小徑MVS型的最小直徑為Ф1到Ф2。99。MWS型能加工孔深與直徑比L/D同MSE型最大也為12，MVS 型則提高到了30。MWS和MVS這兩種型號由於鑽入和導向結構改進效能提高，L/D≤10可以不需要定心導向鑽頭預鑽導向孔。它們除不推薦用於加工高硬鋼外，其他一般材料均能加工。

以上是能加工多種材料的通用型微細鑽頭的情況，除此之外專門適合某種材料鑽孔的專用微細鑽頭系列也得到一定的發展，如一些特殊材料如模具用的高硬鋼、硬脆的陶瓷、易粘附的有色金屬、複合材料等上的微小孔，為加工出它們，三菱也分別開發了更適合高硬度模具鋼加工的MHS 型鑽頭（圖4），它們的材料塗層也是VP15TF，最小的直徑Ф0。95，具有內冷卻孔，最大能加工孔深L/D=30。

DCSSS型和DCSSM型微細鑽頭基體材料是超微粒硬質合金，並帶有用CVD方法沉積的金剛石塗層，適合於加工有色金屬，頂角為130°和135°，採用外部冷卻方式，前者鑽頭直徑範圍是φ0。2-φ2，後者是φ2。1-φ3。0。二者夾持柄部的直徑均為3。

DCBSS型微細鑽頭基體材料同上也具有金剛石塗層，適合於加工陶瓷等硬脆材料，頂角為166°，它的直徑範圍是φ0。05-φ3。專門適合加工碳纖維複合材料CFRP的微細鑽頭有 MCCH和MCAH型，鑽頭最小直徑是φ2。5採用外冷方式，前者適加工CFRP板，後者適加工CFRP+Al層板可用於手電鑽，頂角均為120°。

醫用假體等許多零件的微小孔（φ1-φ4較多）的孔很深，有的常接近於60-70倍直徑左右。這時需用專門能加工特深孔用的槍鑽。三菱開發的MGS型內冷式槍鑽直徑範圍是φ0。7-φ3，能加工的最大深度達100倍直徑（圖5）。

槍鑽有多種型別，其中單刃型較多，由圖5可知其槽形和切削力是不平衡的，頭部一側的短主切削刃承擔主要切削作用。它沒有橫刃，鑽尖偏離軸心線e，通常θA大於θB以使作用在槍鑽上的合力的徑向分力FY始終作用在導向面上，以保證加工時得到良好的導向，並能承受切削力，還可在孔壁產生輥光作用，提高了孔的加工精度和加工表面質量。鑽尖的偏移可使切屑從鑽尖處斷裂分成兩段。高壓切削液由鑽桿後端的中心圓孔中進入，經月牙形孔和切削部分的孔到達切削區，然後返回迫使切屑隨同它由大致呈120°的V形槽（通道）中排出，故稱外排屑。可見這種方法排屑不需其他輔助裝置，排屑空間大，槍鑽的前刀面一般為平面，前角一般為“零”。后角據加工材料不同有不同值，一般加工硬材取值較小。由於鑽尖偏移軸心，鑽孔時在鑽尖前方形成一個小圓錐體，槍鑽一面進給不斷地把小圓錐切去，小圓錐有助於導向，鑽尖的偏移也可使切屑從鑽尖處斷裂分成兩段，便於排屑。儘管這樣，因是鑽深孔槍鑽長徑比過大，伸出的槍鑽如懸臂樑，加工中剛性與自定心功能不足，還會因切削力、離心力、重力等造成更大的撓曲。因此加工必須：

（1）使用中心架上的鑽套或預先在工件上預鑽引導孔使槍鑽得到支承定心定位，減少撓曲，加工中得以正確導向；

（2）應據不同被加工材料合理佈局槍鑽本身導向結構，由它還可在孔壁產生輥光作用，提高孔的加工精度和表面質量；

（3）由於槍鑽是外排屑，外排的切屑直接刮擦影響已加工表面質量，若堵塞甚至可造成刀具損傷。直徑小且長的孔難以測定其表面質量，有時只能靠形成切屑的形態判定。因為切屑形態的形成實際上是被加工材料它被刀具切入經塑性變形滑移，剪下後而形成，與不同被加工材料的塑性變形程度有關。據此試驗開發了加工不同的槍鑽的幾何形狀，以滿足各種加工的需要。

專門生產槍鑽的德國的BOTEK公司，其產品的最小直徑是φ0。5。深孔加工有許多難以解決的加工和質量問題必須從設計一開始就考慮到：

（1）定心和導向問題。由於孔深，鑽桿的直徑又較細，剛性不足，易變形振動，鑽向偏斜，刀而使刀具損傷，加工精度表面質量不易保證，效率低；

（2）斷屑和排屑問題。孔深排屑不易，最好能使切屑應具有適於排出的合適長短和形狀，為順利排屑還必須有足夠的對切屑的推力和吸引力。若不能順利排出，產生堵塞會造成刀具的損傷；

（3）冷卻和潤滑問題。實體金屬中鑽孔屬半封閉加工，特別是深孔加工刀具與孔壁的摩擦格外大，切削產生的高溫不易散出，切屑不易排出，必須要有足夠的冷卻潤滑液壓力和流量。

以下介紹幾個醫療假體零件深孔加工例項。所使用的的鑽頭均來自BOTEK公司：

■113型φ1。7槍鑽在走心機加工骨釘（材料為鈦合金Ti-6Al-4v），孔深115，冷卻液壓為100bar，切削速度V=25m/min，f=0。004mm/rev；

■113型的φ1。6槍鑽在走心機上加工骨釘（TC4），孔深110，冷卻液壓力，切削速度同上，f=0。0045mm/min；

■113型的φ1。07槍鑽加工骨釘（TC4）在專機上，孔深80，切削速度V=25-50m/min，f=0。007-0。0022mm/rev。

這三例加工的都是難加工材料，孔深都達到直徑的70倍左右，這些又細又長很難加工的孔在使用BOTEK鑽頭後均取得滿意的效果。