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可換齒冠鉆頭的設(shè)計(jì)思路

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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(jiǎn)介
　　設(shè)計(jì)思路
　　
　　整體硬質(zhì)合金鉆頭性脆且價(jià)格昂貴；與其相比，高速鋼鉆頭韌性較好，價(jià)格也較便宜，但鉆頭太長(zhǎng)時(shí)無(wú)法保證加工效果；可轉(zhuǎn)位鉆頭具有較好的性價(jià)比，但鉆削加工后還必須進(jìn)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(gè)整體硬質(zhì)合金鉆冠或刃尖，以同時(shí)獲得硬質(zhì)合金切削刃和鋼制刀體二者的優(yōu)勢(shì)呢？這就是可換齒冠鉆頭的設(shè)計(jì)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(jià)格低廉的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而且可以免除兩道既耗時(shí)又費(fèi)錢(qián)的工序：鉆頭的更換裝卡和鉆頭刃部的重磨。這種鉆頭在達(dá)到焊接式硬質(zhì)合金鉆頭精度的同時(shí)，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(jì)，適用于尺寸精度要求高的加工場(chǎng)合，使用戶能夠滿足較為嚴(yán)格的孔徑公差。
　　
　　主要優(yōu)勢(shì)
　　
　?。?）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(shì)。自從7年前開(kāi)發(fā)出可換齒冠鉆頭以來(lái)，它一直在與高速鋼鉆頭和焊接式硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，而勿需重磨和再涂層是其zui顯著的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)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(jià)廉。
　　
　　節(jié)省時(shí)間是指在更換齒冠時(shí)無(wú)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(wú)需將刀體從機(jī)床上取下。一個(gè)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(gè)穿過(guò)齒冠的螺桿將其與刀體連在一起；山高刀具公司用一個(gè)拉桿上的螺釘旋進(jìn)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(dòng)鎖緊在刀體上。
　　
　　Sundström介紹說(shuō)，更換一個(gè)齒冠僅需20秒鐘，且更換后無(wú)需作任何調(diào)整。當(dāng)然，必須用壓縮空氣對(duì)連接界面進(jìn)行清潔，以避免刀體受損。
　　
　　伊斯卡公司的培訓(xùn)MikeGadzinski估計(jì)，更換一個(gè)齒冠耗時(shí)約為30秒，而更換一把整體式刀具需要10分鐘。他說(shuō)，汽車(chē)工業(yè)確實(shí)非常歡迎這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)榭s短停機(jī)時(shí)間對(duì)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?yàn)榭蓳Q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(jià)格比高速鋼鉆頭貴，但其切削性能要好得多。由于一個(gè)刀體可適配多個(gè)不同尺寸規(guī)格的齒冠，因此只需要購(gòu)買(mǎi)少量刀體。
　　
　　Sundström說(shuō)，采用可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭進(jìn)行鉆孔加工成本zui低，但其金屬去除率卻無(wú)法與CrownLoc系列可換齒冠鉆頭相比，且鉆孔后幾乎總是需要進(jìn)行附加的鉸孔或精鏜加工。而可換齒冠鉆頭的特點(diǎn)之一就是無(wú)需附加工序。采用整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆孔時(shí)，雖然安裝在機(jī)床上的可能只有一個(gè)鉆頭，但倉(cāng)庫(kù)里需要有一個(gè)，還有一個(gè)在重磨工位上，另一個(gè)剛從機(jī)床上卸下，而另一個(gè)正在前往加工工位的途中……它們加起來(lái)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(gè)磨損后再換上一個(gè)新的即可。
　　
　　山高刀具公司不推薦對(duì)齒冠進(jìn)行重磨。由于齒冠無(wú)需重磨，操作者可使刀刃的磨損超過(guò)刃尖上某一點(diǎn)，而對(duì)于整體硬質(zhì)合金鉆頭，磨損到該點(diǎn)時(shí)通常就應(yīng)該停止加工進(jìn)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(diǎn)，認(rèn)為重磨處理會(huì)增加大量人工費(fèi)用。此外，他指出，對(duì)齒冠進(jìn)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(dá)到重磨鉆頭（而非新鉆頭）的平均壽命時(shí)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(fèi)。另一方面，如果一個(gè)重磨過(guò)的齒冠被誤認(rèn)為是新的，就有可能超壽命運(yùn)行以至于損害工件。
　　
　　根據(jù)Sundström的觀點(diǎn)，一個(gè)刀體根據(jù)實(shí)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(shí)每個(gè)齒冠可持續(xù)加工約120分鐘。
　　
　　不同的看法
　　
　　REM銷(xiāo)售公司的區(qū)域DanMurphy認(rèn)為，可換齒冠鉆頭是一種很好的補(bǔ)缺刀具。他推薦加工大孔時(shí)采用可轉(zhuǎn)位鉆頭，加工小孔時(shí)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(huì)選擇可重磨的整體硬質(zhì)合金或焊接鉆頭。但是，對(duì)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(shí)，可換齒冠鉆頭正好可以彌補(bǔ)這一空缺。DanMurphy也愿意將可換齒冠鉆頭應(yīng)用于對(duì)孔加工尺寸要求嚴(yán)格的CNC瑞士型機(jī)床上，因?yàn)檫@種鉆頭可根據(jù)需要多次更換刀頭，可以縮短停機(jī)時(shí)間。
　　
　　但是，作為CNC鉆頭磨床、檢測(cè)系統(tǒng)和用戶設(shè)備供應(yīng)商，Gordon工程公司的KirkGordon對(duì)可換齒冠鉆頭提出了不同看法。根據(jù)他的觀點(diǎn)，硬質(zhì)合金鉆尖在鉆削時(shí)對(duì)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(jì)型轎車(chē)中裝上一臺(tái)大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。高性能的鉆尖需要具有高強(qiáng)度和高剛性的刀體支撐、對(duì)中和驅(qū)動(dòng)。Gordon還對(duì)廣告宣稱(chēng)的可換齒冠鉆頭可節(jié)省加工費(fèi)用心存疑慮。他同意在理論上采用這種鉆頭可能會(huì)節(jié)省費(fèi)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(shí)每一切削刃的實(shí)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(huì)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(lái)看，與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比，可換齒冠鉆頭似乎并無(wú)太大意義。Gordon列舉了購(gòu)買(mǎi)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(diǎn)，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(gè)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(xiāo)售公司的Murphy不同意這一結(jié)論。他說(shuō)，主要問(wèn)題在于人們討厭丟棄東西，人們也不喜歡去了解新事物。購(gòu)買(mǎi)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(jī)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?？蓳Q齒冠鉆頭并非“包治百病的靈丹妙藥”，其主要加工對(duì)象是材料較軟、中小批量且深度相對(duì)較淺的孔，對(duì)于此類(lèi)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?，因此只需更換刀頭即可。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(zhuān)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)
　　
　?。?）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(dá)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。
　　
　?。?）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(shí)，切削速度為260～360sfm，進(jìn)給率為0.006～0.012ipr。
　　
　?。?）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(shí)，切削速度為236～290sfm，進(jìn)給率為0.009～0.011ipr。

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