【中國機床商務(wù)網(wǎng)】導(dǎo)讀：常規(guī)鉆削加工是zui常用的金屬切削工藝。根據(jù)美國一家市場研究機構(gòu)ReadexResearch公司的調(diào)查，在《切削刀具工程》雜志的讀者中，有92%都在應(yīng)用這種加工方式。但是，常規(guī)鉆削并非*的制孔方式。根據(jù)不同的加工對象，以及制造商可利用的加工設(shè)備，某些替代性的孔加工方法有可能是一種更好的選擇。
　　
　　例如，與使用整體硬質(zhì)合金鉆頭或可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭的鉆孔加工以及使用立銑刀的圓形插補銑孔加工相比，套料孔加工對機床功率的要求更低，加工時會產(chǎn)生一個可用于制造其他零件的孔芯，并能加工出具有更大深度/直徑比的深孔。BTAHeller公司總裁MarkSollich指出，“如果人們希望加工大直徑孔，而他們的機床并不具備能驅(qū)動整體硬質(zhì)合金鉆頭進行加工的足夠功率，那么，套料鉆頭就是一種不錯的替代刀具。”
　　
　　另一種可供選擇的加工方式是加熱鉆孔。據(jù)加熱鉆孔和滾壓成形螺紋刀具制造商Flowdrill公司總裁MitchRay介紹，與常規(guī)鉆削相比，加熱鉆孔的優(yōu)勢是可以縮短加工循環(huán)時間。該工藝又稱為摩擦（或流動）鉆孔，它能節(jié)省成本的主要原因是減少了操作步驟。例如，用戶可能需要在鉆出的孔中放入一個緊固裝置（如帶螺紋的嵌件或帶肋螺母），而他們可以在加熱鉆孔的同時形成與緊固裝置類似的結(jié)構(gòu)，并在其上加工出螺紋，這樣就無需專門制備緊固裝置，并節(jié)省了對其定位和清除加工產(chǎn)生碎屑的勞動力。
　　
　　套料鉆削深孔
　　
　　與孔加工本身類似，深孔鉆削也存在多種方法，如使用空心的旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)刀具在工件上切孔的套料加工。
　　
　　據(jù)Sollich介紹，BTAHeller公司提供的標準可轉(zhuǎn)位刀片式套料刀具具有可更換的硬質(zhì)合金刀墊和直徑范圍63.5－762mm的套筒（多數(shù)直徑在76.2－203.2mm范圍內(nèi)）。刀墊可以幫助刀具導(dǎo)向，以保持孔的直線度和起到初步光整內(nèi)孔壁的作用。該刀具的額定加工孔深可達100倍孔徑。Sollich說，“但它也有可能加工更深的孔，主要的限制在于所用的機床，而不一定是刀具。”
　　
　　一般而言，套料鉆孔要求的機床功率為每25.4mm刀具直徑7－10馬力，如果是切削難加工材料，則需要更大的馬力和推力。與整體鉆削相比，套料鉆削所需功率可減小15％－30％，切削速度可提高10％－15％。
　　
　　Sollich指出，zui終用戶既可以在標準型機床（如采用外徑排屑的車床）上使用套料刀具，也可以將其用于為BTA鉆削（用“鏜削和套料加工協(xié)會”的首字母命名）而設(shè)計的深孔鉆床上，這種鉆床將冷卻液引入套料刀具周圍，并通過刀具中央和驅(qū)動刀具的管型鉆排屑。
　　
　　當加工孔徑增大時，所需的冷卻液流量也隨之增多。一般的經(jīng)驗法則是，機床加工每25.4mm孔徑需要提供的冷卻液流量為25－30gpm（加侖/每分鐘），這意味著加工直徑76.2mm的孔時，為了有效地沖刷切屑，需要75－90gpm的冷卻液。
　　
　　此外，必須對冷卻液進行過濾，以確保冷卻液循環(huán)系統(tǒng)不會將夾帶切屑和雜質(zhì)的液體泵回切削刃處，造成二次切削。Sollich說，“我們設(shè)計冷卻液系統(tǒng)時，要用目數(shù)10微米的過濾網(wǎng)對冷卻液進行過濾。”此外，盛放冷卻液的貯液箱必須足夠大，使油基或水基冷卻液有充分時間沉淀和冷卻。如果冷卻液不停地循環(huán)使用，就有可能變得過熱，使刀具壽命縮短，造成有害的工件熱膨脹。他補充說，“為了使冷卻液降溫，你可能需要在系統(tǒng)中增加制冷裝置。”
　　
　　Sollich指出，大部分套料加工，無論是生產(chǎn)油田的鉆鋌和管子、飛機起落架，還是在加工車間生產(chǎn)各種混合零件，都是在水平方向加工。因此，移除一個又大又重的孔芯可能是一項困難的任務(wù)。為了便于拉出這個孔芯，用戶往往需要在孔芯一端鉆一個孔并攻絲，然后插入一個I型螺栓。
　　
　　他補充說，套料加工通孔的情況比加工盲孔更常見。如果是加工盲孔，就需要在二次加工時，將一把切芯刀具伸入大約19－38mm寬的切縫中，在孔的底部驅(qū)動這種割刀型刀具切斷孔芯。
　　
　　無論是何種類型的套料加工，Sollich都建議加工時用一個載荷計來監(jiān)測鉆進情況。如果載荷計讀數(shù)不斷增大，表明刀具磨損加劇或出現(xiàn)了其他問題。他說，“可對載荷計設(shè)定某一標準，如果載荷超過該標準，表明刀片已磨鈍或可能會打刀，此時機床將自動停機，以避免發(fā)生災(zāi)難性的刀具失效。”
　　
　　據(jù)Sollich介紹，根據(jù)不同的機床設(shè)備和工件材料，套料鉆孔加工可達到±0.05mm的孔徑公差和83－125rms的表面光潔度。
　　
　　加熱鉆孔
　　
　　據(jù)Flowdrill公司介紹，與套料鉆孔不同，加熱鉆孔使用的工具沒有中空的芯部，也不會產(chǎn)生任何切屑。加熱鉆孔時，一個具有四瓣圓形凸起幾何形狀的硬質(zhì)合金工具以180－900磅（取決于刀頭直徑和工件材料的類型及厚度）的軸向壓力與工件材料接觸，并將工件加熱至軟化和具有延展性，足以被成形和鉆孔。Ray說，“當該工具旋轉(zhuǎn)鉆入工件材料時，這四瓣圓形凸起產(chǎn)生摩擦熱。主軸轉(zhuǎn)速范圍通常為900－3,000r/min。”
　　
　　該工藝適合加工延展性較好的材料，包括低碳鋼和不銹鋼、鋁、銅和一些黃銅合金，但不適合加工具有高孔隙度的金屬，如鑄鐵，以及一些工具鋼、Inconel合金及其他硬金屬和難加工金屬。除了具有延展性以外，還要求工件的厚度相對較薄（0.5－12.7mm）。Ray說，“如果工件厚度小于0.5mm，材料就會產(chǎn)生過大的變形。”
　　
　　該工藝加工時，會形成一個長度約為工件厚度3倍的套管，用戶隨后可在該套管上加工出螺紋。Ray說，“如果需要加工螺紋，我們會專門使用一種擠壓成形絲錐，以保持加工清潔和無屑。在鉆孔或攻絲過程中都不會產(chǎn)生任何切屑。”
　　
　　通過預(yù)鉆導(dǎo)向孔，可以形成較短的套管，所鉆的導(dǎo)向孔越大，套管的長度就越短。例如，在需要減少對流經(jīng)一根管道的空氣、液體或氣體流動量限制的場合，就會需要較短的套管，但這只是一種例外。
　　
　　Ray解釋說，“加熱鉆孔的基本理念就是在套管上獲得盡可能多的材料。”形成zui大的套管長度使制造商可以將原來厚度為10mm的工件換為厚度3mm的工件，而仍然有10mm的螺紋連接長度。
　　
　　Flowdrill公司的鉆頭直徑范圍為1.6－63.5mm。為了在惡劣條件下加工時延長工具壽命，還可以對鉆頭涂層。通常，在不銹鋼板上鉆孔時，工具壽命為3,000－5,000個孔；在低碳鋼上鉆孔時，工具壽命為8,000－10,000個孔；加工一些較軟的合金（如鋁和銅）時，工具壽命超過10,000個孔。據(jù)Ray估計，銷售的工具中有30%－35%用于專門加工，如也需要形成倒棱或油槽的加工。他指出，每孔加工成本約為0.01－0.03美分。
　　
　　為了延長刀具壽命，Ray建議，每鉆2－4個孔就加注一次潤滑劑（手動鉆孔使用糊狀潤滑劑，自動鉆孔使用液體潤滑劑），以防止鉆頭上聚集來自工件材料的金屬顆粒，并提供一定的潤滑作用。他還建議，在使用期間，每天用砂布擦抹一下鉆頭，以去除其上粘附的雜質(zhì)。Flowdrill公司不對鉆頭進行重磨，因為在鉆頭圓錐體與圓柱體的過渡部位（此處承受的扭矩zui大）不可避免地會形成一些微小裂紋。
　　
　　Flowdrill鉆頭有兩種型式：一種用于在孔的周圍形成套管；另一種與一把刀具組合，用于在工件表面加工孔口平面。
　　
　　激光打孔
　　
　　與機械套料鉆孔類似，用激光進行套料打孔時也會產(chǎn)生一個孔芯。美國Coherent公司董事、直接二極管和光纖系統(tǒng)業(yè)務(wù)總StuartWoods解釋說，為了打出這些孔，需要開啟激光并按圓形路徑移動，直至切孔完成。這種加工原理也適用于斷續(xù)式激光打孔，該方法通過激光束的快速開啟與關(guān)閉，逐漸在工件材料上燒熔出一個孔。Woods說，“激光燒熔金屬材料時，基本上就是在不斷撞擊去除金屬原子。”
　　
　　Woods指出，激光打孔的優(yōu)勢是，與機械鉆孔相比，加工成本更低，通常可以降低成本10％－50％（取決于工件材料的種類和厚度）。雖然激光加工硬件設(shè)備的初始購置成本較高，但由于維護成本較低，以及可以省略后續(xù)加工，因此具有很大的節(jié)省成本潛力。激光打孔還可以縮短維護停機時間，而且工件不會產(chǎn)生任何翹曲變形或沖壓效應(yīng)。這是因為與在工件上施加壓力，并可能對其材料形態(tài)產(chǎn)生負面影響的常規(guī)鉆削不同，激光打孔是一種采用聚焦熱源的非接觸式加工。
　　
　　此外，激光打孔的加工速度更快，尤其在加工硬脆材料時更是如此。通常，激光打孔的速度是常規(guī)鉆削的2－5倍（取決于工件材料的種類和厚度）。
　　
　　Woods指出，有多種類型的激光器可用于在金屬材料上打孔，包括密閉CO2和光纖激光器。通常，CO2激光器非常適合金屬加工，具有*功能性。
　　
　　高功率CO2激光器適合在厚度0.1mm以上的金屬（如不銹鋼）薄片上打孔，孔徑尺寸范圍從大約100?m到毫米級。而光纖激光器更適合加工較厚的工件材料。這是因為CO2激光器在切割較厚的材料時，往往容易形成一個切口。
　　
　　Woods指出，在為加工某種工件材料匹配激光器類型時，重要的是要了解這種材料的吸收特性，即它如何吸收激光并與其相互作用。Coherent公司的加工實驗室會定期評估用戶的工件樣品，并根據(jù)加工試驗，提供加工這些工件的激光波長的反饋信息。
　　
　　美國一家激光加工和系統(tǒng)集成商PhotoMachining公司執(zhí)行官RonaldD.Schaefferzui近在MICROmanufacturing.com的激光加工欄目中指出，有三種zui常見的激光孔加工方法：一次性打孔、斷續(xù)式打孔和套料打孔。所有這些加工都可以用固定激光束系統(tǒng)或通過檢流計控制反射鏡運動的振鏡系統(tǒng)來完成。不過，在實際加工中，一次性打孔和斷續(xù)式打孔通常更多是用固定激光束系統(tǒng)來完成，而套料打孔往往是用振鏡系統(tǒng)來完成。
　　
　　一次性打孔是一種速度zui快的加工方式，它加工出的孔徑大致等于所用激光束的直徑。由于沒有后續(xù)激光脈沖對孔進行“清理”，因此一次性加工出的孔往往存在較明顯的錐度。斷續(xù)式打孔是利用多個激光脈沖來去除工件材料。這種加工方法速度較慢，但加工出的孔比一次性加工的孔圓度更好，錐度更小。采用振鏡激光系統(tǒng)進行套料加工時，獲得的孔具有的圓度和zui小的錐度。
　　
　　電子束打孔
　　
　　激光打孔的一種替代加工方法是電子束打孔，它能夠?qū)崿F(xiàn)深度/直徑比高達25∶1的深孔加工。據(jù)zui早開發(fā)電子束打孔技術(shù)并提供此項服務(wù)的OwensCorningRidgeview公司新產(chǎn)品開發(fā)制造工程師KennethE.Norsworthy介紹，這種加工需要在真空室中進行，在其中，電子束被加速到光速的大約2/3。該工藝的孔徑加工范圍為0.025－1mm（常用加工范圍0.1－1mm），可加工的工件包括厚度9.5mm以下的金屬、陶瓷和復(fù)合材料。通過改變功率密度、焦距和脈沖寬度，即可實現(xiàn)對孔徑尺寸的控制。據(jù)稱，該工藝的尺寸精度為±0.025mm，孔的定位精度為0.0127mm。它可在直徑達1m的工件上加工出3.5萬－600萬個孔，電子束與工件表面的傾斜角度可達40°。
　　
　　Norsworthy表示，電子束打孔適用于許多行業(yè)，包括紙漿和造紙、航空航天、食品和飲料等，可以加工用于擠出、過濾和氣體流動等各種零件。據(jù)稱，該工藝非常適合加工孔隙面積很大（可高達45％）的篩子。
　　
　　由于這種加工需要在真空中進行，因此一般來說，采用電子束加工少量的孔在經(jīng)濟上很不劃算。此外，該工藝也不適合加工熔融溫度很低的工件材料（如許多塑料）。但是，與常規(guī)鉆孔相比，電子束打孔能夠快速加工出大量的孔。Norsworthy說，“任何其他工藝都很難在一個零件上加工出600萬個孔。”
　　
　　電火花孔加工
　　
　　據(jù)牧野（Makino）公司微細加工研發(fā)團隊負責人JohnBradford介紹，當工件材料具有導(dǎo)電性時，電火花（EDM）孔加工（無論是采用電極加工孔徑10?m或更小的微孔，還是采用線切割方式加工孔）也是一種可選方案。雖然電火花加工孔的速度低于常規(guī)鉆孔，但在大批量加工小孔時，該工藝具有高水平的可預(yù)見性和重復(fù)性。如果將常規(guī)鉆削修正工藝不穩(wěn)定性的時間考慮在內(nèi)，電火花加工有可能實現(xiàn)每孔加工時間更短。
　　
　　Bradford補充說，電火花工藝可以加工出尺寸、幾乎無毛刺、長徑比高達100∶1的孔，而機械鉆孔通常只能達到15∶1的有效長徑比。他說，“電火花孔加工，加上激光加工的可能性，是一種比機械鉆孔更具優(yōu)勢的解決方案。”
　　
　　許多用戶認為，電火花孔加工屬于快速放電打孔（HolePopper）加工的范疇，但對于高精密孔而言，通常事實并非如此。快速放電打孔加工采用比電火花成形加工機床更高的輸入電壓，并用水作為電介質(zhì)。這兩種因素相結(jié)合，可以獲得很高的加工速度，但同時也降低了被加工孔的形位精度（直線度、圓度）和表面光潔度。
　　
　　模具制造商PlasticDesign公司（PDC）總裁MarkKinder也表示，“我不認為快速放電打孔適用于精密孔加工，雖然一些用戶對自己的快速放電打孔設(shè)備進行了調(diào)整，使其突破了自身的精度限制。”即便如此，這些機床主要用于加工直徑0.64－1mm的孔，而該公司通常需要用電火花成形機床在400系列不銹鋼上粗加工直徑0.15－0.18mm的初始孔，然后在線切割機床上，用直徑小至0.05mm的電極絲將孔徑精加工到0.25mm，以消除喇叭口誤差，達到要求的zui終尺寸。Kinder補充說，“由于要用線切割機床進行后續(xù)精加工，因此我們并不關(guān)心這些小孔的粗加工光潔度。”
　　
　　PDC公司用一臺具有小孔加工功能的MakinoEdge2型電火花成形加工機床進行小孔粗加工，該機床通常采用旋轉(zhuǎn)的銅鎢空心管電極和低粘度絕緣油。Kinder說，“雖然這種絕緣油懸浮切屑的性能不如一些粘度更高的切削液，但它使我們可以進行更精細的燒蝕加工。”
　　
　　在一次使用低粘度絕緣油和直徑0.25mm空心管電極的粗加工試驗中，PDC公司實現(xiàn)了長徑比100∶1、喇叭口*.025mm、開口位置在起始位置±0.025mm以內(nèi)的小孔粗加工。不過，Kinder指出，該公司盡量避免進行長徑比超過50∶1的深孔加工。
　　
　　Bradford解釋說，可實現(xiàn)更大長徑比的一種深孔加工方法，是先在電火花成形機床上加工出一個盲孔，然后翻轉(zhuǎn)工件并重新定位，放電加工第二個連接孔，zui后形成一個很深的通孔。加工長徑比較大的深孔時，需要對整個電極進行沖洗。
　　
　　Bradford指出，雖然電火花小孔加工能加工出直徑小于0.013mm的孔，但可用的空心管電極直徑通常不能小于0.076mm（其上的通孔直徑約為0.025mm），他說，“為了使低粘度的電介質(zhì)流過電極頂端，需要對其施加1,500psi（磅/平方英尺）或更高的壓力。”
　　
　　對于尺寸精度要求更嚴格的孔，采用超精磨線切割機床比用電火花成形小孔加工機床效果更好。例如，用戶可以用一根直徑15μm的電極絲在一個直徑30μm的初始孔中進給走絲，加工出圓度為500nm的精密小孔。Bradford說，“但是，線切割加工小孔的主要優(yōu)勢在于，可以zui大限度地減少重鑄現(xiàn)象，并能獲得比電火花成形小孔加工高2－3倍的表面光潔度。”用電火花成形機床加工小孔時，在孔的過渡邊緣處產(chǎn)生的重鑄層厚度約為2?m，而線切割加工的重鑄層厚度僅為幾十納米。用硬質(zhì)合金電極加工時，可獲得Ra0.17?in.的表面光潔度。
　　
　　此外，線切割機床對孔的長徑比沒有限制，由于管理電極磨損不會造成問題，因此，孔徑尺寸的一致性只受到線切割機床本身機械和電氣性能的限制。Bradford說，“如果你要求加工的各個孔之間具有非常好的一致性，則線切割加工是迄今為止的*選擇。如果你要求孔有尖銳邊緣過渡區(qū)，線切割加工也是迄今為止的*選擇。”
　　
　　Bradford指出，近年來，電火花孔加工的應(yīng)用在大幅增加，“四年前，我們的業(yè)務(wù)活動有10％是圍繞精密小孔的測試與加工，而如今，這一比例可能已經(jīng)達到了65％。”