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小直径钻削加工使用注意事项

发布时间:2016-12-14 08:32:00 阅读次数:

  为了保证微小孔加工具有良好的尺寸精度、圆度及平直度,重要的前提条件是必须使用进给精度高、稳定性好的机床;尤其应注意的是,大力抑制主轴、夹具、刀具的综合误差。

  适用于小直径孔加工的机床之一,是Louis Levin & Son公司开发的卧式微型钻床,这是一种带底座的小型车床,配有专用的钻削附属装置,可进行高精度小直径孔加工。该装置带有可进行水平方向、垂直方向调整的导轨,便于与主实现同轴。主轴与钻头轴的调直使用专用仪表,可让两轴在低速回转时进行调整,与一般只由钻头回转的加工方法相比,采用主轴与钻头轴同时回转的方式,可获得更高的同轴度。

  微型钻头的柄部形状大致有两种,一种是细小直柄,另一种是粗杆直柄。刀具材料仍然以钴高速钢为主。近年来,涂层钻头和硬质合金钻头已大量出现,尤其是细晶粒硬质合金,其耐磨性和韧性均有很大提高,目前已开发出粒径为0.5μm以下的WC超细晶粒硬质合金,如佳友电工公司开发的AFI细晶粒硬质合金,其抗弯强度达500kg/mm2,硬度92.5HRA,用其制作微型钻头,切削性能十分理想。

  进行钻孔作业之前,应使用显微镜等对备用钻头进行仔细检查,如果使用研磨精度不高的钻头,不仅会降低加工孔的精度,严重时还会造成钻头折断。

  在钻头尺寸精度方面,如果是加工不锈钢或铁镍钴合金等材料,要求其切削刃高度误差为0.001~0.02mm左右,这可防止刃带磨损,延长工具寿命。

  待加工零件要求应具有较高的同轴度、垂直度和良好的表面粗糙度,尤其是钻头切入处和出口处,如果精度差,将增大切削刃磨损,甚至造成钻头折断;切入面最好经过磨削或抛光加工,这样可提高孔的加工精度。另外,中心钻的钻尖角必须与所用钻头的钻尖角一致。

  微型钻头芯厚较大,切削刃相对较小,如果按一般的周速计算进行加工,不仅会失去钻头的动平衡,降低加工孔精度,而且还易造成钻头折断。因此,在对微小孔加工时,必须考虑孔径、孔深等因素,针对不同工件材料,确定适宜的加工条件。如所用工具为钴高速钢钻头,其转速以1000~1500m/min为宜,如为硬质合金钻头,由于纵弹性模量较高,高速回转时的离心力对刃尖引起的振动较小,因此可采用高速切削加工。

  微型钻头的截面积较小,直径越小,钻头刚性越低,因此,要求选用的夹持系统在高速回转时应保持很高的夹持刚性和振摆精度,选用的加工中心也必须具有高精度定位特性。在一般情况下,小直径孔加工的L/D之比达3倍以上时,切深量应确定为钻头直径的20%~30%。

  对小直径孔加工所用的切削液,应特别重视其润滑性能,润滑性良好的切削液易于附着在钻沟上,通过钻沟更易达到加工部位,这可降低摩擦,减少工具磨损,同时也便于排屑。如能使用喷雾装置,则对排屑和提高加工效率更为有利。

  切削液

  对小直径孔加工所用的切削液,应特别重视其润滑性能, 润滑 性良好的 切削液 易于附着在钻沟上,通过钻沟更易达到加工部位,这可降低摩擦,减少工具磨损,同时也便于排屑。如能使用喷雾装置,则对排屑和提高加工效率更为有利

  什么是微细加工?

  微细加工并不一定等同于加工微型零件。虽然在医疗和电子器件制造业,确实存在零件日益小型化的趋势,但在许多尺寸较大的工件上,往往也需要加工一些非常小的特征,此类加工只能通过微细加工技术来完成。

  Burley指出,“我曾看到一些惯常使用直径6.35mm钻头的加工车间,只是把刀具更换为直径1.52mm的钻头,就试图进行微孔钻削,当加工无法完成时,他们也不知道问题出在哪里。问题在于,当你突破2.5mm的孔径界限时,精度要求将会大幅提高。相应地,必须对加工工艺进行全面优化。这不是仅靠更换刀具就能解决的问题,只有训练有素的加工车间才能实现这种转换。”

  机床设备能否实现微孔钻削?

  微细加工要求机床的进给轴具有足够高的灵敏度和足够小的分辨率。机床还必须具备精度极高的主轴,能以很小的动态径跳高速旋转。动态径跳误差是高速主轴的重要衡量指标,可利用激光或电容阻抗传感技术进行测量。

  Burley解释说,“机床制造商已经为微细加工开发出了专用机床。对于那些打算利用现有设备进行微细加工的车间,我建议请专家对机床进行评估,以确保其能实现足够精细的进给,且动态径跳误差(TIR)小于0.0025mm。”

  钻头如何钻入工件?

  在理想情况下,微型钻头最好能垂直钻入工件。然而,并非每个孔都能满足这一条件——有些工件的孔口表面倾斜了一定角度。

  Burley指出,如果钻头钻入点的倾角小于10°,通过小心谨慎地进给,就能避免钻头在工件表面发生滑移,并成功完成加工。如果倾角大于10°,则需要采取一些措施,解决钻头滑移问题。例如,可在钻入点斜面上铣出一个小槽口,为中心钻创建一个可垂直钻入的平台,然后再用微型钻头通过定心孔进行钻削。

  微型钻头斜面钻削的另一种解决办法是采用带B轴的数控机床。首先,主轴带动钻头进给(钻尖垂直于工件的钻入点),一旦钻头与工件接触,B轴则转动给定的倾角,钻头就可以垂直钻入了。采用该方法加工无需预钻定心孔。

  需要加工多少个孔?

  Burley向打算从事微孔钻削的加工车间提出的下一个问题是:需要在工件上加工多少个孔?微孔钻削可以非常有效地应用于大批量加工(既可以是在许多零件上钻孔,也可以是在每个零件上钻许多孔)。

  Burley解释说“孔的加工批量不同,微孔钻削的工艺规范可能也会有所变化。如果加工批量较大,工艺优化的重点应是提高加工效率和延长刀具寿命。例如,如果可能的话,应取消预钻定心孔工序,以加快生产节拍。为此,可采用能减小刀具磨损的涂层钻头。一般来说,由于尺寸太小,微型刀具大多不采用涂层。PVD涂层的厚度有可能会影响微型刀具的名义尺寸。对用于大批量加工的微型刀具,采用的任何涂层都必须非常薄(厚度小于0.001mm),而且非常光滑。

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