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硬質(zhì)合金鉆頭,CNC鉆頭磨床
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2013-08-19
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資料簡介
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設(shè)計思路
整體硬質(zhì)合金鉆頭性脆且價格昂貴；與其相比，高速鋼鉆頭韌性較好，價格也較便宜，但鉆頭太長時無法保證加工效果；可轉(zhuǎn)位鉆頭具有較好的性價比，但鉆削加工后還必須進行后續(xù)鉸削或鏜削加工；焊接式硬質(zhì)合金鉆頭磨損后需要重焊。因此，為什么不能在鋼制刀體上制造一個整體硬質(zhì)合金鉆冠或刃尖，以同時獲得硬質(zhì)合金切削刃和鋼制刀體二者的優(yōu)勢呢？這就是可換齒冠鉆頭的設(shè)計思路。
這種復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭不僅能將硬質(zhì)合金鉆頭的切削精度和速度與鋼制刀體價格低廉的特點結(jié)合起來，而且可以免除兩道既耗時又費錢的工序：鉆頭的更換裝卡和鉆頭刃部的重磨。這種鉆頭在達到焊接式硬質(zhì)合金鉆頭精度的同時，可以提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。整體硬質(zhì)合金齒冠采用自定心幾何形狀設(shè)計，適用于尺寸精度要求高的加工場合，使用戶能夠滿足較為嚴(yán)格的孔徑公差。
主要優(yōu)勢
（1）快速更換
據(jù)山高刀具公司的鉆削產(chǎn)品FredrikSundström介紹，縮短生產(chǎn)周期和節(jié)省生產(chǎn)成本是可換齒冠鉆頭的主要優(yōu)勢。自從7年前開發(fā)出可換齒冠鉆頭以來，它一直在與高速鋼鉆頭和焊接式硬質(zhì)合金鉆頭進行競爭，而勿需重磨和再涂層是其zui顯著的優(yōu)點。實際上，可換齒冠鉆頭的工作效率如此之高，甚至可與整體硬質(zhì)合金鉆頭媲美；而與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比，其鋼制鉆體又如此價廉。
節(jié)省時間是指在更換齒冠時無需從鉆夾頭上取下刀體，只需從刀體上取下齒冠然后換上新齒冠即可。如果操作者需要加大孔徑尺寸，只需更換刀頭而無需將刀體從機床上取下。一個刀體可適配多種尺寸規(guī)格的齒冠。齒冠與刀體的聯(lián)接方式有多種：住友電工硬質(zhì)合金公司采用兩個穿過齒冠的螺桿將其與刀體連在一起；山高刀具公司用一個拉桿上的螺釘旋進齒冠底部，將齒冠安全可靠地拉緊在刀體上；伊斯卡公司和英格索爾公司都采用鍵結(jié)構(gòu)將齒冠轉(zhuǎn)動鎖緊在刀體上。
Sundström介紹說，更換一個齒冠僅需20秒鐘，且更換后無需作任何調(diào)整。當(dāng)然，必須用壓縮空氣對連接界面進行清潔，以避免刀體受損。
伊斯卡公司的培訓(xùn)MikeGadzinski估計，更換一個齒冠耗時約為30秒，而更換一把整體式刀具需要10分鐘。他說，汽車工業(yè)確實非常歡迎這項技術(shù)，因為縮短停機時間對于他們太重要了。
（2）節(jié)省成本
可換齒冠鉆頭制造商通常也以該刀具的低成本而自豪。因為可換齒冠鉆頭只有齒冠采用硬質(zhì)合金制造，它與鋼制刀體裝配在一起，比整體硬質(zhì)合金鉆頭便宜得多。雖然可換齒冠鉆頭的價格比高速鋼鉆頭貴，但其切削性能要好得多。由于一個刀體可適配多個不同尺寸規(guī)格的齒冠，因此只需要購買少量刀體。
Sundström說，采用可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭進行鉆孔加工成本zui低，但其金屬去除率卻無法與CrownLoc系列可換齒冠鉆頭相比，且鉆孔后幾乎總是需要進行附加的鉸孔或精鏜加工。而可換齒冠鉆頭的特點之一就是無需附加工序。采用整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆孔時，雖然安裝在機床上的可能只有一個鉆頭，但倉庫里需要有一個，還有一個在重磨工位上，另一個剛從機床上卸下，而另一個正在前往加工工位的途中……它們加起來數(shù)量并不少。而采用可換齒冠鉆頭后，只需在抽屜里放上一些齒冠，一個磨損后再換上一個新的即可。
山高刀具公司不推薦對齒冠進行重磨。由于齒冠無需重磨，操作者可使刀刃的磨損超過刃尖上某一點，而對于整體硬質(zhì)合金鉆頭，磨損到該點時通常就應(yīng)該停止加工進行重磨了。伊斯卡公司的Gadzinski也同意可換齒冠鉆頭不應(yīng)重磨的觀點，認(rèn)為重磨處理會增加大量人工費用。此外，他指出，對齒冠進行重磨（以及再涂層）的刀具壽命可能只有新齒冠刀具壽命的一半，如果操作工人不知道他所使用的鉆頭是重磨鉆頭還是新鉆頭，當(dāng)達到重磨鉆頭（而非新鉆頭）的平均壽命時他將停止使用。如果該鉆頭是新的，那么其有效壽命的一半將被浪費。另一方面，如果一個重磨過的齒冠被誤認(rèn)為是新的，就有可能超壽命運行以至于損害工件。
根據(jù)Sundström的觀點，一個刀體根據(jù)實際應(yīng)用需要，至少可更換15～20次新齒冠。如果采用正確的裝夾和冷卻技術(shù)（山高刀具公司推薦采用內(nèi)冷卻），加工鋼件時每個齒冠可持續(xù)加工約120分鐘。
不同的看法
REM銷售公司的區(qū)域DanMurphy認(rèn)為，可換齒冠鉆頭是一種很好的補缺刀具。他推薦加工大孔時采用可轉(zhuǎn)位鉆頭，加工小孔時采用整體硬質(zhì)合金鉆頭。介于二者之間的孔徑，如果是大批量加工，他可能會選擇可重磨的整體硬質(zhì)合金或焊接鉆頭。但是，對于中等尺寸孔的加工，DanMurphy認(rèn)為可換齒冠鉆頭勿需大的投資即可提供多種功能。使用者不必?fù)?dān)心重磨程序，當(dāng)需要比高速鋼刀具更好的性能，而加工量又不足以采用整體或焊接硬質(zhì)合金鉆頭時，可換齒冠鉆頭正好可以彌補這一空缺。DanMurphy也愿意將可換齒冠鉆頭應(yīng)用于對孔加工尺寸要求嚴(yán)格的CNC瑞士型機床上，因為這種鉆頭可根據(jù)需要多次更換刀頭，可以縮短停機時間。
但是，作為CNC鉆頭磨床、檢測系統(tǒng)和用戶設(shè)備供應(yīng)商，Gordon工程公司的KirkGordon對可換齒冠鉆頭提出了不同看法。根據(jù)他的觀點，硬質(zhì)合金鉆尖在鉆削時對剛性要求很高，而鋼制刀體的剛性不足，這就像在一輛經(jīng)濟型轎車中裝上一臺大馬力發(fā)動機一樣。高性能的鉆尖需要具有高強度和高剛性的刀體支撐、對中和驅(qū)動。Gordon還對廣告宣稱的可換齒冠鉆頭可節(jié)省加工費用心存疑慮。他同意在理論上采用這種鉆頭可能會節(jié)省費用，但他認(rèn)為，與可重磨的整體硬質(zhì)合金刀具相比，采用可換齒冠鉆頭時每一切削刃的實際成本可能更高。他還認(rèn)為，可換齒冠鉆頭并不*像整體硬質(zhì)合金鉆頭那樣有效，例如在某些情況下，幾何尺寸的微小差異就會影響刀具性能。此外，他還指出，標(biāo)準(zhǔn)的可換齒冠鉆頭通常不適合用于鉆削直徑小于1/4″（6.35mm）的孔，因而限制了其應(yīng)用范圍。
KirkGordon認(rèn)為，總的來看，與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比，可換齒冠鉆頭似乎并無太大意義。Gordon列舉了購買可換齒冠鉆頭的成本、替換舊刀體的成本、替換（而不是重磨）齒冠的成本以及因轉(zhuǎn)速減慢、精度（孔的位置度、直線度、圓度和尺寸精度）降低而付出的成本。根據(jù)他的觀點，可換齒冠鉆頭的*用途是用于初學(xué)者。這些新手可能尚不具備更換整個刀具的能力，但可以更換齒冠。盡管如此，操作者仍需保持刀體前端清潔并注意觀察其磨損或損壞狀況。
REM銷售公司的Murphy不同意這一結(jié)論。他說，主要問題在于人們討厭丟棄東西，人們也不喜歡去了解新事物。購買更昂貴的刀具以消除擔(dān)心是一種消極的解決辦法，作為替代方案，操作者可將使用可換齒冠鉆頭的宏程序輸入機床的CNC加工程序中，在更換齒冠適當(dāng)次數(shù)后再丟棄刀體。他認(rèn)為，可換齒冠鉆頭比較適合加工深度為3～5倍直徑的孔，而整體硬質(zhì)合金鉆頭更適宜深孔鉆削。可換齒冠鉆頭并非“包治百病的靈丹妙藥”，其主要加工對象是材料較軟、中小批量且深度相對較淺的孔，對于此類加工，可換齒冠鉆頭可以發(fā)揮很好的作用。此外，如果一組工件具有多種尺寸的孔，采用可換齒冠鉆頭，其刀體可以涵蓋適當(dāng)?shù)某叽绶秶虼酥恍韪鼡Q刀頭即可。整體硬質(zhì)合金鉆頭更適于加工較硬的材料、深孔以及用于大批量專業(yè)生產(chǎn)；而高速鋼鉆頭則適于一次性使用或加工原型工件。
幾種可換齒冠鉆頭規(guī)格及切削參數(shù)
（1）英格索爾刀具公司的QwikTwist可換齒冠鉆頭規(guī)格為0.2953"～1.0197"（7.5～25.9mm），可加工孔深達8倍孔徑。
（2）伊斯卡公司提供的可換齒冠鉆頭規(guī)格為0.295"～1.017"（7.5～25.8mm），可加工孔深為3～5倍孔徑。
（3）住友電工硬質(zhì)合金公司推薦當(dāng)加工硬度為250～300HB、孔徑約0.64″（16.256mm）的鋼件孔時，切削速度為260～360sfm，進給率為0.006～0.012ipr。
（4）山高刀具公司的CrownLocP可換齒冠鉆頭在加工硬度為250～300HB的普通鋼件時，切削速度為236～290sfm，進給率為0.009～0.011ipr。
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