[00105718]双曲面、椭球面麻花钻钻型与其刃磨新工艺

　　以双曲面、椭球面等二次曲面作为后刀面数学模型的麻花钻是一种还没有被广泛认识和深入研究的新钻型。其主要的原因是这种钻型用传统刃磨工艺无法刃磨或刃磨十分困难，使它的应用前景大打折扣。先期研究提出的二次曲面钻型点磨削成形工艺原理很好地解决了这类钻型的快速、低成本成形刃磨问题，对这类钻型的深入研究和应用提供了很好的技术支持。理论分析和初步的实验研究表明，这类新钻型有许多突出的优点，对其进行进一步的结构参数优化研究显得十分必要。通过对新钻型进行各种钻削仿真和实验，检测其定心精度、钻孔质量、切削抗力、刀具耐用度等指标来优化钻型结构参数和成形刃磨参数，为不同材料的高效率、高质量钻孔加工和数控生产线提供优良新钻型。在航空和其它装备制造等领域，对优化适用于新材料和提高原有材料钻孔质量的孔加工工具有重要的意义。 　　目前用于孔加工的刀具主要还是麻花钻，占孔加工刀具使用量的80%以上。但是，采用普通圆柱形状砂轮的侧面和柱面刃磨出的普通麻花钻，在钻尖的顶部存在着较长的横刃且横刃处有较大的负前角，钻削时轴向抗力大，特别是钻头引入工件时容易钻偏。因此定心精度、被加工孔的圆度、孔壁表面质量以及孔的钻入和钻出部分质量均较差。这对自动化生产线上对自动定心要求很高的数控钻床和加工中心来说是及其不利的，尤其是随着宇航制造业、原子能工业等的快速发展，钛合金、耐热合金、复合材料等性能优越但难以加工的材料大量采用，使得原本在加工普通材料时性能不错的传统结构麻花钻钻削性能变差、耐用度很低，或者根本无法使用。因此提高麻花钻的钻孔质量和耐用度早已引起国内外学者的广泛关注和研究。从目前的发展来看，主要是在结构、材料和涂层三个方面提高麻花钻的性能。因此,作为钻削技术发展方向之一的改善麻花钻的结构、创新其刃磨方法已成为日趋重要的研究课题。 　　从钻型曲面的数学模型以及刃磨成型时和钻头的位置配置关系来看，由于可以让双曲面钻型的钻心尖接近双曲面中心点，而双曲面在这区段比较陡斜，因此可得到很尖的钻尖，主刃在钻芯处呈凹形，锋角较小，而主刃外缘处的锋角则逐渐增大。这种钻型的横刃在端视图中为S形，在侧视图中为中间凸起的圆弧形，使横刃的前角加大，具有较好的自动定心作用，可提高钻孔精度，减小精加工工序余量，并且降低轴向力，提高了耐用度。它适用于数控机床和钻硬度低的材料；椭球面钻头的主切削刃是由一个圆弧组成。大的圆弧刃段上各点的锋角改变，形成外小内大，并使切削刃长度增加，从而减低了单位长度上的切屑负荷，改善了散热条件，提高了耐用度。外圆弧形刃还有利于提高加工精度和减小表面粗糙度。由于钻尖在钻孔中逐渐切出，因此可避免或减少钻孔出口处产生毛刺。但椭球面钻型仍有很长的直线横刃，定心性能也不好。因此，可以把外刃部分采用椭球面刃磨，而在靠近钻芯的部分采用双曲面刃磨。它综合了双曲面与椭球面钻型的优点，既有良好的定心性能，并提高了耐用度，适用于数控加工中心。 初步试验研究也表明，与普通麻花钻对比，双曲面刃磨后得到的非直线刃钻头的定心性能有明显的改善，钻削45#钢时的轴向力和转矩均减小24%—25%，钻头耐用度和钻孔质量都有明显提高；椭球面麻花钻有着耐用度高，加工孔出口毛刺少，被加工孔的抗疲劳性能得以提高等优点。 　　为了尽快研制适应各种加工材料和加工要求、刃磨容易、成本低廉的新钻型，首先要对传统的刃磨成形方法进行创新。在此基础上，成形刃磨出各种结构参数的非直线刃的新钻型，再通过过程仿真和实际钻削实验的方法，调整钻型的成形磨削的参数，从而优化钻型结构参数。由于被加工材料和工艺条件的不同，钻型最优结构参数会有很大的区别，能够只通过调整参数就可重新快速成形磨削出具有不同结构参数的钻型是非常关键的技术手段。 　　点磨削成形原理紧密依靠CAD/CAM,与快速原型制造(Rapid 　　Prototyping)所不同的是根据截面轮廓信息控制磨削点去除多余的材料，从而达到成形磨削的目的。对此课题的深入研究将可以探索出一条快速成形磨削的新的工艺加工方法和与之相关的磨削材料、磨削工具和磨削机构，并获得系列的磨削工艺参数等。最直接的应用就是有望突破目前麻花钻锥面和螺旋面等的直母线刃磨方式的阻碍，避免必须用成型砂轮才能刃磨非直线刃麻花钻的一系列烦琐难题，给创制新钻型以及新钻型的各种切削试验研究带来非常便利的条件，也给新钻型的研究推广提供理论基础和技术手段，对研制具有完全自主知识产权的基于“点磨削成形”的刃磨机床和一系列适应不同材料和加工要求的新钻型具有重大的意义。还可以把其应用范围到模具制造领域，解决单个模具特别是外凸形状模具的成形磨削问题。因此该研究内容有迅速转化成现实生产力的巨大潜力。