钻头在钻孔过程中会有不同程度的磨损。通过对钻头材料和磨损的分析，在钻削过程中对钻头刃口进行磨削和强化，可以有效改善钻头在钻削过程中的磨损，提高钻头的性能和使用寿命。孔加工在金属切削加工中占有重要地位，一般占加工量的1/3左右。其中钻孔约占22% ~ 25%，其余孔洞约占11% ~ 13%。由于孔加工条件苛刻，孔加工刀具的技术发展比车铣刀具慢。近年来，随着中小批量生产的生产效率、自动化程度和加工中心性能要求的不断提高，刀具刃磨技术和多轴数控刀具刃磨设备的发展带动了孔加工刀具的发展，其中最典型的是使用多年并广泛应用于机械生产的整体结构钻头刃磨技术逐渐成熟。通过磨削和强化钻头切削刃来改善钻井条件，需要从钻头的结构特点和实际使用中寻求解决办法。钻头1的特性。钻头的材料分为高速钢和硬质合金，高速钢主要采用高速钢W系和Mo系材料；硬质合金由钨钛(YG)和钨钛钴(YT)材料制成。代表性的有表1所列的W18Gr4V、YG6、YT14。表1高速钢和硬质合金材料的物理机械性能。麻花钻的基本形状和结构变化不大(见图1)。图1钻头3的基本结构。麻花钻切削刃的几何角度具有一定的特征和相关性。如图2所示，主偏角为Kr，叶片倾角为s，前角为s，后角为f，前角为2(传统上为118)。图2切削刃的几何角度其中，钻头的螺旋结构具有以下特点：(1)主偏角Kr是在前角2确定后确定的。(2)由于钻头切削刃的尖端(钻头直径处)是切削刃的最低点，从结构上可以看出，钻头的切削刃倾角s为负。(3)在钻头螺旋槽形状和结构的影响下，刀片的前角s从钻头外径的韧带向钻头中心逐渐减小。(4)切削刃的主前角s随着主前角Kr的增大而增大。4.麻花钻的水平刃也是切削刃的重要组成部分。如图2所示，十字刀片的前角om、后角f和斜角也随钻头切削刃的不同而变化。加工过程中下一个钻头的磨损1。钻头的磨损主要发生在切削刃处(见图3)。图3加工过程中钻头的磨损。钻头在实际加工过程中的受力分析表明，其切削力主要集中在切削刃处，其中切削刃受到的扭矩最大，横刃处的轴向力相对集中(见表2和图4)。表2钻头加工切削部分切削力分布图4切削刃受力分析3。加工过程中钻头产生的切削热分布见图5。在加工过程中，由于钻头的切削角度较小，且始终保持切削到工件的最前端，钻头承受的轴向力约占57%，切削过程中产生的热量不能及时排出，是整个钻头的最高温度。如图5所示，钻心和钻头刃红色区域的温度最高，而钻心十字刃的热量最集中。图5改善钻孔的切削热分布图1。改进钻头的切削刃。使用新的刃磨方法改善钻尖和横刃的几何形状。过去，通常采用磨削的方法来磨削钻尖。磨完前角，即2角后，用砂轮圆周的90度成型刃手工磨钻芯。受传统磨削方法的限制，磨削后钻头的对称性较差
根据钻头的结构特点，我们首先改变麻花钻的前角(2角)，采用118 ~ 140的前角分别进行实验。在生产现场跟踪掌握加工情况，发现在加工铸铁时，使用前角增大的钻头有一定的效果：钻孔时加工变得轻快，声音和振动明显降低，孔的表面粗糙度得到改善。从切屑的形状来看，加工过程是顺利的。但随着钻头前角的增大，钻头的磨损加剧。经过多次尝试，发现前角在130左右时加工最稳定，加工数量和质量明显提高。为了改善钻头十字刀片在加工过程中的轴向应力，必须克服十字刀片处的负前角等不良切削条件。我们在处理十字刀片时，采用大切削的形式铲磨十字刀片，缩短十字刀片的宽度，使钻头中心的十字刀片与主切削刃相交，减小钻孔时的轴向力和扭矩(见图6)。实践证明，钻头轴向力提高后，定心精度大大提高。在壳体加工中心使用这种结构的钻头，在一定条件下可以取消中心钻，提高加工效率，缩短生产周期。钻头
已在我公司生产中逐步试验推广采用。
图6 钻头横刃的改进
与高速钢钻头相比较，硬质合金钻头的加工条件更为苛刻。我公司在突缘上加工的螺钉孔工序中采用的硬质合金钻头，原加工数量和加工效率较低，我们也尝试进行了一些改进：
根据硬质合金材料硬度高的优势，采用大锋角140°从而加大切削前角，改变钻头受力情况，减小了切削力，使加工更为顺畅。依据所加工材料的特点对钻头的横刃部分进行改进，采用R型刃口过渡，在R型刃口基础上加大了横刃前角，钻心部分进行钻孔前先行切入定位，实现了自定心，取消了中心钻的工序，满足了位置度要求，并在直径处进行棱边的削边处理，形成保护刃，使钻头在钻出时不易造成崩刃，极大地提高了钻头的寿命。
nextpage此种结构对小直径的钻头改善尤为适用。现在我公司同步器车间加工二速同步器锁销孔直径为φ7.5mm，公差范围0～+0.016mm，每个零件上共加工6个孔，相对位置度要求0.05mm。
原加工方式为钻定心、钻孔和铰孔成形，位置度较难以保证，并且加工节拍较长，效率较低。现由硬质合金钻头直接钻削成形，能够保证孔的加工精度和孔的位置精度，满足了工艺产品的需要，极大地提高了加工效率。采用改进后的钻头切削刃如图7所示。
图7 改进后的钻头切削刃
2．强化钻头刃口（钝化、涂层）
通过在修磨方面的尝试和摸索，我们还发现一个重要的现象，就是无论是高速钢还是硬质合金材料的钻头，修磨后切削部分的刃口总是存在一些细小的缺口，约0.1mm。这些缺口最初并不引起大家的重视，但在实践加工时往往就是这些缺口给钻头带来了致命的伤害。这种情况在使用硬质合金材料钻头和在各类钻头钻削加工钢材料的时候尤为明显。一般的修磨方法是采用金刚石锉刀将主刀刃与横刃的交叉处倒圆，同时将主切削刃处倒棱角30°，刃口倒钝宽度根据钻头直径而定（见图8）。
图8 切削刃钝化
经过实践检验我们发现这种倒钝方式不能完全实现钝化的目的，倒钝后的刃口受倒钝时的手法限制，容易使两个切削刃钝化程度不一致而造成切削刃刃边不平整，致使钻头两个切削刃的对称度降低，影响钻头的定心精度和使用寿命。
我们选用了含金刚石微粉的尼龙钝化轮，利用高速旋转，通过不同的角度对钻头的刃部进行刷式运动，靠柔性的接触通过调整时间和空间的角度将刃口每一部分都加工到位。钝化后在钻头的切削刃口形成圆滑过渡。刃口经过钝化后刀刃强度显著提高，切削时能经受较大的压力，增强了刀具稳定性，有效地延长了钻头的寿命。
涂层处理也是提高钻头使用寿命的一个重要的方法。根据加工条件采用不同的涂层可提高钻头的表面硬度和氧化温度，降低摩擦系数，大幅提高钻头的使用寿命。其中TiN涂层（涂层颜色为黄色）对高速钢类钻头的使用性能有很大的提高，可有效地提高高速钢钻头硬度，提高钻头的表面粗糙度并降低摩擦，改善钻削条件。而TiCN （涂层颜色为灰黑色）和TiALN（涂层颜色紫褐色）这两种涂层广泛应用在硬质合金材料的钻头上。这几种涂层材料的性能对比见表3。
表3 几种典型涂层材料的性能对比
刃口的强化（钝化）和涂层的结合可大大提高钻头的使用效果。其中对钻头的刃口强化（钝化）也是为涂层做准备，钝化使涂层材料有足够的结合表面。实践表明，通过刃口强化的钻头比未经强化处理的钻头使用寿命提高40%～50%。
结语
钻头由于其尺寸必须限制在孔的尺寸以内，而且受到自身结构的限制所以技术改进难度较大。但随着科学技术的进步，数控刃磨设备不断发展，麻花钻的设计、制造水平较以往有了很大改进。钻头作为孔加工刀具中最基本、最广泛的工具之一，在机械加工领域中得到了长足的发展和进步。
