麻花鉆是耗損量zui大的刀具之一。半封閉的切削環(huán)境和特殊的鉆頭幾何結(jié)構(gòu)使麻花鉆的鉆削溫度高于相同切削用量條件下車削和銑削的溫度,鉆刃各處的切削速度、與切削表面間的摩擦速度沿徑向呈三角形梯度分布。受其影響,不同區(qū)域的鉆刃有不同的磨損過程和特征,并且隨鉆頭轉(zhuǎn)速或直徑的增大,這種磨損特征的差別也將加劇。顯然,麻花鉆整體鉆刃的磨損規(guī)律較為復(fù)雜,若簡單沿用有關(guān)車削或銑削刀具磨損的傳統(tǒng)理論和方法處理麻花鉆的磨損問題(如僅以轉(zhuǎn)角磨損量的大小表示鉆頭磨損程度并以此制定鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)),則一方面因缺乏對鉆刃磨損規(guī)律全面的理論闡述與試驗依據(jù),另一方面難以在實際加工中合理選擇鉆削用量而難以充分發(fā)揮鉆頭整體的切削作用。尤其在自動加工環(huán)境下采用多種尺寸規(guī)格的鉆頭同時加工,耐用度標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行困難且意義不大。而基于鉆頭切削失效特征分析和試驗,采用強(qiáng)制換刀的壽命管理更為簡便合理。
鉆刃磨損的圖形特征
磨損帶形狀特征及隨切削時間和切削條件的變化規(guī)律是刀具磨損理論zui基本的內(nèi)容。與車、銑削刀具不同,鉆頭前錐的刀刃全部參加切削,其后刀面磨損區(qū)域很大,且三維分布于前錐面及與刃帶相交的轉(zhuǎn)角區(qū)。為便于觀測,在DIMILA9966檢測儀上用一個特制的三向夾頭將主刀刃調(diào)平,使轉(zhuǎn)角區(qū)、主后刀面和一部分橫刃的磨損區(qū)清晰地顯示在一個視圖上,再測量繪制出磨損圖形或直接拍照成像。(圖一)為試驗所得麻花鉆的典型磨損圖形,轉(zhuǎn)角磨損區(qū)呈不規(guī)則的三角形,其高(沿鉆頭的軸向)是鉆頭磨損帶的zui大寬度VBc,而主刀刃及橫刃的磨損區(qū)為形狀較均勻、寬度尺寸VB較小的條形帶。試驗表明,無論鉆頭轉(zhuǎn)速高低或在磨損過程的任意時刻,轉(zhuǎn)角磨損帶寬度值zui大且擴(kuò)展速率zui快的這種圖形特征總是保持不變。更重要的是,當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時,轉(zhuǎn)角區(qū)及相鄰小部分主刀刃磨損區(qū)的磨損性質(zhì)與其余主刀刃和橫刃磨損區(qū)的磨損性質(zhì)有較大的差異,前者出現(xiàn)明顯的燒傷色且規(guī)則溝痕形貌的比例減少,這是因為沿刀刃徑向的切削速度梯度增大,鉆頭外緣的溫度和摩擦速度急劇增加,熱磨損(氧化、擴(kuò)散磨損)成為主要的磨損形式。
(圖一)
(圖二)
顯然,鉆頭整體的磨損程度以及能否繼續(xù)切削不僅取決于轉(zhuǎn)角磨損VBc的大小,而且與主、橫刀刃磨損VB有關(guān),并受鉆削速度的影響。在改變鉆頭轉(zhuǎn)速n的鉆削試驗中,測量不能正常鉆削時鉆頭的轉(zhuǎn)角磨損和主刀刃磨損,結(jié)果如(圖二)所示。轉(zhuǎn)速不同,鉆頭磨鈍時的轉(zhuǎn)角磨損值差異顯著,且VBc值隨轉(zhuǎn)速的提高而增大。如當(dāng)n=1125r/min時,測得VBc=0.90mm時的鉆頭仍能正常切削;而同樣的鉆頭以n=600rpm鉆削時,當(dāng)VBc=0.76mm時就已磨鈍失效,無法繼續(xù)鉆削。與之相比,轉(zhuǎn)速變化對主刀刃及橫刃磨損區(qū)的影響卻相反。轉(zhuǎn)速較低時,鉆頭磨鈍失效所對應(yīng)的VB值較大;轉(zhuǎn)速較高時,鉆頭失效對應(yīng)的VB值卻變小,但兩者的差別不大。因此,鉆削速度的提高對主刀刃及橫刃磨損特性的作用并不顯著,這正是鉆削與車削的不同之處。
(表一)
?。ū硪唬┝谐鰞蓚€磨損區(qū)的磨損帶寬度值之比VBc/VB隨鉆削速度的變化情況。隨著鉆削速度的提高,兩磨損帶寬度的比值顯著增加,即在較低的轉(zhuǎn)速范圍,主刀刃和轉(zhuǎn)角兩個磨損區(qū)都影響鉆頭的整體切削性能,而轉(zhuǎn)速較高時則以轉(zhuǎn)角區(qū)的熱磨損為主要影響因素。因此,鉆頭的磨損圖形及其變化特性反映了不同刃區(qū)的磨損過程具有非線性的規(guī)律,僅根據(jù)VBc的大小難以*確定鉆頭整體的磨損程度,而不考慮鉆削速度的影響規(guī)定一個VBc值作為鉆頭的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)也是沒有意義的。