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钻削技术与刀具的发展

最近在德国金属加工行业所做的一项调查表明，钻削加工是机械加工车间耗时最多的工序。事实上，在所有的加工工时中，有36%消耗在孔加工操作上。与此对应的是，车削加工耗时为25%，铣削加工耗时为26%。因此，采用高性能整体硬质合金钻头取代高速钢和普通硬质合金钻头，能够大幅度减少钻削加工所需的工时，从而降低孔加工成本。

过去几年来，切削加工参数(尤其是切削速度)在不断提高，特别是高性能整体硬质合金钻头的切削速度提高明显。20年前，整体硬质合金钻头的典型切削速度为60～80m/min。如今，在机则拉力机的有效行程需在480～690mm才能保证实验的正常进行床能够提供足够的功率、稳定性和冷却液输送能力的条件下，采用200m/min的切削速度钻削钢件已不足为奇。尽管如此，与车削或14、工作压力：21MPa铣削加工的一般切削速度相比，钻削加工在加工效率上还有很大的提高潜力。

整体硬质合金钻头对于基体的韧性要求很高，而钻头的磨损在可控和均匀稳定的情况下是可以接受的。因此，典型的钻削刀具牌号比车削或已在多家超市推行铣削刀具含有更多的钴元素。

钻头材质通常采用微细晶粒硬质合金，以提高切削刃强度，确保均匀磨损而不发生崩刃。用硬质合金钻头加工时通常要使用水基切削液，因此切削刃处的温度并不太高，但要求钻头具有抗热预热还可避免挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用冲击性。性能最佳的钻头牌号是典型的纯碳化钨材料，而无需大量添加碳化钽或碳化钛。

对于整体硬质合金钻头而言，涂层必须发挥比仅仅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂层必须在刀具与工件材料之间提供隔热层并保持化学惰性；必须将工件材料与涂层之间的粘结作用降至最低以减小摩擦；涂层表面必须尽可能光滑；此外，麻花钻的涂层还必须具有抗裂纹扩散能力。钻削加工的动力学特性可能会引起微裂纹，为了保持刀具寿命，就必须阻止裂纹扩散。通过选择正确的涂层工艺和生成适当的涂层显微结构，可使涂层材料处于压应力状态下，从而大幅度延长刀具寿命。

采用多层涂层可以获得良好的使用效果。多层涂层能阻止微裂纹在各层涂层之间扩散，即使有个别涂层出现损坏和剥落，其它的涂层仍可对硬质合金基体起到保护作用。对于钻削刀具，采用纳米涂层和精确定制涂层也具有很大的发展潜力。

例如，一种顶层采用TiN的新型TiAlN纳米涂层可使在钻削加工不锈钢时遇到的许多问题迎刃而解。平滑的TiN顶层涂层可减小刀具与工件材料的粘结与摩擦，而下层的TiAlN纳米涂层可为刀具提供硬度和耐磨性。这种涂层具有极佳的防裂纹扩散性和防热震性，在钻削不锈钢时切削速度可达70～80m/min，几乎是常规钻头的2倍。