一种钻头的制作方法

本发明涉及一种钻头，属于钻孔加工用钻头技术领域，尤其涉及一种薄壁不锈钢加工用钻头。

背景技术：

交流真空断路器的基板安装在电力机车顶部，需适用于电力牵引的要求和工作条件，因此选择材质属于奥氏体不锈钢，它具有环境稳定性好，机械寿命长等特点。但薄壁奥氏体不锈钢属于难加工材质，其加工难点如下：

(1)奥氏体不锈钢切削力大，刀具刚性不足，切削难度高，造成铣刀崩刃。

(2)因为薄壁激光下料，钻孔加工不能及时导热、散热且难氧化，致使加工硬化严重。更增加原材料强度和硬度，让加工困难。

(3)容易粘刀，钻孔时切削力不均匀，塑性和韧性降低而产生切削热，使切屑冷焊在钻头的前刀面上。

(4)刀具磨损加快。切削过程中在钻尖加工部分磨损，崩刃，尺寸稳定性难以保障，导致加工的不顺畅。

(5)由于奥氏体不锈钢钻孔困难，因此在钻孔时必须执行两次操作，也就是，首先在基板上钻出定位凹口，然后再在该定位凹口的基础上钻孔，这明显降低了加工效率，且废品率较高。

如图1所示，普通麻花钻钻头加工薄板时，钻头的磨损形式主要是后面磨损，钻尖已穿透工件，两侧切削刃定心不稳，受力不均匀，挤压工件，不锈钢发生塑性变形，形成挤压钻痕，造成椭圆，圆度不达标的不规则的变形孔。

普通钻头钻孔过程中产生切削热，高速钢钻头磨损的主要原因是相变磨损。因为不锈钢散热性能差，切削刃在钻尖形成积热高温区域，形成积屑瘤，熔焊粘接刃口，最后和不锈钢熔合一起，使钻头烧蚀。

普通钻头两边刃角因承受扭矩最大，切削力最大，钻头后角小，导致钻尖强度不够发生崩刃现象。

φ8普通群钻钻头的刃磨受钻头直径偏小，普通砂轮机难以修磨成型；受工件材质影响，奥氏体不锈钢强度高，塑性变形大，导热性差，易导致钻头排屑困难，磨损烧蚀钻头。

针对薄壁不锈钢钻孔难度大的问题，急着要一种能够提升钻孔质量，降低钻头磨损的钻头。

技术实现要素：

为了提高薄壁不锈钢的钻孔精度，提升钻头的使用寿命，本发明提供一种钻头，具体技术方案如下。

一种钻头，其钻头主体为群钻结构，其特征在于：该钻头包括横刃以及关于钻尖轴线对称设置且从径向外侧向内依次相连的倒棱刃、内凹圆弧刃和内直刃，两个内直刃分别与横刃的两端连接，所述倒棱刃的倒棱刃角度δ为40°-45°；钻尖到内凹圆弧刃底部的高度κ为1.3-1.5mm，钻尖到倒棱刃尖的高度μ为0.8-1mm；横刃斜角ψ为0°，内直刃斜角τ为60°-65°。

进一步地，所述钻头主体为φ8群钻结构。

进一步地，所述钻头的内刃顶角2φ为130°-132°；外刃顶角2η为123°-125°。

进一步地，所述钻头横刃倾角γ为89°-90°；横刃长ω为0.15-0.2mm。

进一步地，圆弧刃后角α为11°-12°，圆弧刃半径χ为2-3mm。

进一步地，倒棱刃后角β为6°-7°；倒棱刃宽度ν为0.3-0.45mm。

一种使用上述钻头来钻孔薄壁基板的方法，该钻头是φ8钻头，并与主轴连接，该薄壁基板是奥氏体不锈钢的薄壁基板，厚度为大约3mm，其特征在于：钻头的工作状态设置成使得主轴的转速为350-450rpm，且钻孔时的每转进给量为0.122mm-0.128mm，钻头在该工作状态下通过单次操作而直接在基板上钻出孔。

通过使得钻头设置成包括横刃以及径向依次相连的倒棱刃、内凹圆弧刃和内直刃，并通过设置倒棱刃的倒棱刃角度、钻尖到内凹圆弧刃底部的高度、钻尖到倒棱刃尖的高度、横刃斜角和内直刃斜角，能够加大钻尖处容屑空间，并保持钻尖的强度，因此有利于排屑和散热，同时还有利于钻头的定心，从而提高形位公差与加工表面粗糙度。

通过φ8钻头角度的重新修磨，在对3mm薄壁不锈钢进行钻孔加工时，之前存在的钻孔圆度不达标，孔位变形，位置精度超差的现象得到明显改善，效果十分显著。通过对加工产品抽样检测，发现最难控制的两个φ8孔的定位尺寸由原来的0.2mm缩小为0.1mm。而且钻头每次修磨后可加工通孔数量大幅提高。

对于上述钻头，通过合适设置钻孔时的主轴转速和每转进给量，在钻孔3mm厚的奥氏体不锈钢基板时，能够很好地排屑和散热，从而大大提高产品的合格率，并降低原材料的报废率。

附图说明

图1是普通钻头(麻花钻)加工薄壁件的示意图；

图2是本发明钻头的示意图；

图3是本发明钻头的示意图(标记了各个角度)；

图4是本发明钻头的俯视图；

图5是本发明钻头的第一实拍图；

图6是本发明钻头的第二实拍图；

图7是现有薄板三尖钻加工薄壁件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图2-6，钻头主体为φ8群钻结构，其包括横刃1和关于钻尖轴线对称设置的两套依次相连的倒棱刃4、内凹圆弧刃3、内直刃2，两个内直刃2分别与横刃1的两端连接；

φ8钻头修磨的形状及角度要点如下：

1、修磨横刃

将钻尖磨出新的内直刃，缩短横刃长度，增大横刃前角，同时加大钻尖处容屑空间，保持钻尖的强度，又能降低切削进给力，对修磨的砂轮圆角无严格要求。φ8的横刃长度为ω为0.15mm-0.25mm，内直刃斜角τ为60°，横刃斜角ψ为0°，一般普通钻头的横刃斜角为133°～125°。横刃斜角是在钻头的端面投影中，横刃与主切削刃(内凹的圆弧刃)之间的夹角；此修磨出的横刃与中剖面平行，所以理解为横刃斜角ψ为0°或180°，这样一来，与两边的倒棱刃形成刃口同向且对称，增加了钻尖刚性，有利于均匀的传递切削力；有利于均匀的传递扭矩；有利于加工过程中定心稳定。

2、修磨主切削圆弧刃

如图7所示，现有普通薄壁钻磨出内凹的圆弧刃，凹槽圆弧深度大于薄壁件的厚度，形成外刃与钻心的圆环来套料。但对于不锈钢韧性强度高，断屑难的材质这种方法不可取，因为套料的薄片产生塑性变形，形成薄片卡在内凹圆弧内不易脱落，再钻下一个孔时，刀刃挤压引偏则容易别断钻头。因此，本实施例中修磨圆弧刃外延，增加45℃过度的倒棱刃。倒棱刃角是整个倒棱刃相对于钻头端平面的夹角，其作用是：方便排屑，断屑；使加工的孔壁光洁度提升；倒棱刃形成两对称峰角有利于钻头定心作用，提高形位公差与加工表面粗糙度。

圆弧凹槽平滑过渡到两边倒棱刃，方便排屑，使用砂轮的边缘来修磨r2.5的圆弧面。再修磨两边倒棱刃。加工韧性大的不锈钢，首先要考虑增加倒棱刃的的强度，防止倒棱峰角崩刃的现象。适当减小后角，使钻头变得锋利，倒棱刃和圆弧刃钻孔时转出带状铁屑，有利于排屑，有利于散热。

3、修磨倒棱刃

修磨45度倒棱刃，使倒棱刃更锋利，以减少韧带与孔壁的摩擦，来提高孔的形位公差和表面粗糙度。使塑性变形的圆环型薄片铁屑，不再镶嵌在钻尖圆弧刃内，使铁屑脱落不再沾刀。倒棱刃后角为β为7°倒棱刃宽度ν为0.4mm。

采用本发明的钻头来加工3mm薄壁不锈钢具有以下优势：

a：减小切削区域的切削面，从而减小切削力；

b：切屑转出方便，带出大量切削热，防止烧刀；

c：三尖钻自动定心，切屑力对称均匀，保证定位孔的位置度，保证产品质量；

d：通过选择合适的切削用量，适合大批量生产。修磨一次可加工1000件以上。

主轴转速s350-450最为合适，进给量f45-55最为合适。通过计算每转进给量fz：

fz＝f/s＝45/350＝0.128mm/r；

fz＝f/s＝55/450＝0.122mm/r

所以钻孔时的每转进给量为0.122mm-0.128mm每转刀具耐用度最佳，效率最好。

通过对实际加工质量的统计发现，产品加工合格率比原来提高99.8/100。节约加工造成原材料报废为原来95/100下降到99.8/100。

普通钻头的结构钻尖，如图1所示，由横刃，两侧直刃，副后刃(刃带)组成。加工不锈钢散热能力差，易烧蚀；薄壁件定心不稳，传递切削力，扭矩不均衡。导致孔的形位公差难以精准。

普通薄板三尖钻结构，如图7所示，由横刃，两圆弧刃，两侧刃带组成，形成中间高两侧稍低的三尖锋，钻尖到内凹圆弧底的高度大于薄板工件的厚度，采用三尖与两侧内凹圆弧刃配合套料。但是薄壁不锈钢塑性变行大，断屑困难，易沾刀，铁屑粘结在内凹圆弧内，连续套料加工困难。

本发明的薄壁不锈钢钻头有利于转出铁屑，带出切削热；耐用度高，定心稳定，形位公差高。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。