直槽鉆的特點(diǎn)與應(yīng)用
關(guān)于“螺旋槽鉆頭不可替代”的傳統(tǒng)觀念如今正被直槽鉆頭的加工效能所顛覆。在某些加工場(chǎng)合，直槽鉆正成為比麻花鉆更佳的刀具選擇。
現(xiàn)代直槽鉆的“先驅(qū)”是模具鉆頭（die drills），這種鉆頭尺寸短、剛性好，鉆尖結(jié)實(shí)，適合以較低的主軸轉(zhuǎn)速和較小的進(jìn)給率鉆削加工硬鋼材料，它的高強(qiáng)度和高剛性使其能夠加工出直線度和圓度俱佳的孔。模具鉆頭之所以能取得好的加工效果，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)鉆頭時(shí)所針對(duì)的加工材料通常是產(chǎn)生短切屑的金屬。在直槽鉆頭的加工應(yīng)用中，切屑控制仍然是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。直槽鉆只有在加工那些不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)卷須狀切屑的材料時(shí)才能獲得最佳效果，這些材料包括鑄鐵、粉末合金（P/M）、中－高硅含量（6％或更高）硅鋁合金等。
隨著機(jī)床技術(shù)、冷卻液輸送技術(shù)以及刀具幾何形狀設(shè)計(jì)的進(jìn)步，直槽鉆的加工應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)展。傳統(tǒng)的思維方式認(rèn)為鉆頭的螺旋槽對(duì)于排屑來(lái)說(shuō)是必不可少的，直槽鉆只能用于在鋁和鑄鐵上鉆削孔深為2D～3D（D為孔徑）的淺孔。但如今開(kāi)發(fā)的高壓冷卻系統(tǒng)和更高的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，使得采用內(nèi)冷卻的直槽鉆的斷屑和排屑性能大大提高。
在條件適宜的加工場(chǎng)合，直槽鉆頭可表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于螺旋槽鉆頭的良好加工性能。直槽鉆頭的優(yōu)勢(shì)是能夠加工出圓度和直線度較高的孔，而且其切削速度比標(biāo)準(zhǔn)的鈷或高速鋼鉆頭更快。例如，用直徑0.394″（φ10mm）的Guhring RT150GG直槽鉆替代麻花鉆加工鋁件時(shí)，麻花鉆的切削速度50sfm（15m/min），進(jìn)給量為0.005ipr（0.127mm/r）；而直槽鉆的切削速度可達(dá)800sfm（245m/min），進(jìn)給量達(dá)0.007ipr（0.178mm/r）。直槽鉆所用切削時(shí)間僅為麻花鉆的1/10。
直槽鉆能顯著提高加工效率的部分原因是基于鉆頭的基本設(shè)計(jì)——直槽為切屑排出孔外提供了一個(gè)直接通道。但是，由于直槽鉆頭的切削刃缺少一個(gè)正前角，因此它的卷屑和斷屑能力很差，在加工延展性較好的材料時(shí)尤其如此。
切削速度（特別是足夠高的切削速度）是成功應(yīng)用直槽鉆的另一個(gè)因素。切削速度越快，形成的切屑就越小。直槽鉆正是通過(guò)較快的主軸轉(zhuǎn)速而不是較高的進(jìn)給率來(lái)達(dá)到高生產(chǎn)率的。
許多高性能、高鉆進(jìn)率的麻花鉆頭在切削刃上都有相當(dāng)大的倒棱，這就要求鉆頭進(jìn)入工作的進(jìn)給量應(yīng)超過(guò)切削刃的倒棱尺寸，從而使切削刃能夠?qū)ぜ牧线M(jìn)行切削而不只是推擠它。對(duì)于某些加工應(yīng)用及被加工材料，麻花鉆的切削刃倒棱工作狀態(tài)良好，而這些麻花鉆通常是以高于直槽鉆的進(jìn)給率和低于直槽鉆的切削速度進(jìn)行鉆削的。
以汽車制造商Saturn公司的鉆削加工為例。該公司所用鉆頭以前采用大約500sfm（150m/min）的切削速度進(jìn)行加工。后來(lái)他們決定做一下切削試驗(yàn)，想確定這些鉆頭到底能以多高的轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高后，刀具壽命延長(zhǎng)，加工周期縮短，排屑效率提高。使用未涂層整體硬質(zhì)合金鉆頭加工時(shí)，切削速度能夠達(dá)到1000sfm（300m/min），同時(shí)刀具壽命和孔的質(zhì)量均有顯著提高。
通過(guò)采用合理組合的冷卻液壓力和切削速度，直槽鉆也能有效加工那些并非必然產(chǎn)生短切屑的工件材料。例如，用直槽鉆加工1144耐應(yīng)力鋼的效果就非常好，斷屑順利且切屑細(xì)小，也未形成積屑瘤。加工所用鉆頭為H.A.M.Precision公司的294-0500非涂層內(nèi)冷卻直槽鉆頭（直徑φ5mm），鉆孔深度為48mm，切削速度為185sfm（63m/min），進(jìn)給量為0.003ipr（0.076mm/r），冷卻液壓力為1500psi。1144合金中硫化錳的含量較高，有利于斷屑。但要成功加工這種材料，需要采用很高的冷卻液壓力（經(jīng)驗(yàn)表明，冷卻液壓力應(yīng)在600psi以上，最好采用1000psi、1200psi或更高的壓力）。
對(duì)于直槽鉆，除了切屑控制以外，積屑瘤也可能成為一個(gè)問(wèn)題。這是因?yàn)楸磺谐墓ぜ牧蠌闹辈坫@中心排出時(shí)要經(jīng)過(guò)切削刃，并被推向鉆頭的鉆尖。避免產(chǎn)生積屑瘤的方法之一是使用表面平滑、光潔度高的鉆頭；使用涂層鉆頭也有助于防止產(chǎn)生積屑瘤，如廣泛用于鋁加工的二硫化鉬（MoS2）涂層就具有與特氟龍（Teflon）類似的特性，不易與其它物質(zhì)發(fā)生粘結(jié)，在需要防止產(chǎn)生積屑瘤的加工場(chǎng)合使用這種涂層鉆頭效果極佳。
直槽鉆的鉆尖結(jié)構(gòu)使其可在每條直槽的外緣處刃磨出2條刃帶，由于鉆頭與工件有4個(gè)接觸點(diǎn)，鉆頭在加工中更為穩(wěn)定，從而可以提高加工精度。
直槽鉆頭采用的大頂角也有助于改善其加工性能。例如，H.A.M.Precision公司的標(biāo)準(zhǔn)直槽鉆頭采用140°頂角，類似于一個(gè)分離式鉆頂，這種結(jié)構(gòu)可以非常小的推擠力鉆入孔中。此外，大頂角還可確保鉆頭的整個(gè)直徑與工件材料快速接合，使鉆頭“跑偏”的可能降至最小。
在許多加工情況下，最好先用一個(gè)其頂角大于硬質(zhì)合金直槽鉆頭頂角的導(dǎo)向鉆頭（中心鉆）加工出一個(gè)起始孔（預(yù)孔），這樣，就可以保證正式加工時(shí)直槽鉆頭的鉆尖中心（橫刃）首先進(jìn)入預(yù)孔，以避免因脆性較大的硬質(zhì)合金切削刃首先與工件接觸而引起崩刃。使用直槽鉆加工的另一個(gè)策略是在開(kāi)始鉆削前先簡(jiǎn)單地確定孔位，因?yàn)榧词故且呀?jīng)過(guò)加工的工件表面也可能存在缺陷，操作者只需用鉆頭接觸一下預(yù)孔以確定其位置。只要由鉆頭橫刃首先接觸工件，鉆頭就不會(huì)“跑偏”，定位孔可以起到類似鉆套的作用。
用三種不同鉆頭在鑄鐵材料上加工φ10mm孔時(shí)所測(cè)得的孔的直線度表明：高速鋼螺旋槽鉆頭采用的切削速度為98sfm（30m/min），進(jìn)給量為7.66ipm（195mm/min），采用外部冷卻方式，孔的加工質(zhì)量達(dá)到IT12級(jí)；整體硬質(zhì)合金螺旋槽鉆頭采用的切削速度為295sfm（90m/min），進(jìn)給量為34.5ipm（876mm/min），采用冷卻液壓力為440psi/2.4-gpm的內(nèi)冷卻方式，孔的加工質(zhì)量達(dá)到IT9級(jí)；直槽鉆頭采用的切削速度為425sfm（130m/min），進(jìn)給量為33.3ipm（845mm/min），采用冷卻液壓力為735psi/3.2-gpm的內(nèi)冷卻方式，孔的加工質(zhì)量達(dá)到IT8級(jí)。
許多人將所有的直槽鉆都稱為“G鉆”，但這并不確切，實(shí)際上“G鉆”只是Accuromm USA Int.公司生產(chǎn)的某一類直槽鉆的商標(biāo)名稱，這種鉆頭的尾部外緣可對(duì)孔壁起到擠光作用。
比較各種孔加工刀具可達(dá)到的孔壁光潔度，一般來(lái)說(shuō)，高速鋼鉆頭約為125-rms，硬質(zhì)合金螺旋槽高效鉆頭約在63-rms以內(nèi)，三槽鉸刀約為32-rms以內(nèi)，而G鉆則可達(dá)到16-rms或更小，已達(dá)到精加工的光潔度水平。
為了加工不同質(zhì)量水平的孔，Accuromm公司設(shè)計(jì)了不同的鉆頭，該公司的G鉆一般可以滿足H9級(jí)公差標(biāo)準(zhǔn)的孔加工要求，而該公司的G-7鉆頭則集鉆削與鉸削功能于一身，可以滿足H7級(jí)公差的加工要求。例如，Accuromm公司列舉了一個(gè)用直槽G鉆取代麻花鉆在鋁材料上鉆孔的加工實(shí)例，G鉆的直徑為0.394″（φ10mm），采用的切削速度為330ft./min（100m/min），進(jìn)給量為0.008ipr（0.20mm/r），結(jié)果表明，孔加工精度顯著提高，孔徑誤差由原來(lái)的±0.0032″（0.08mm）減小到±0.0012″（0.03mm）。在相同的切削參數(shù)下，如用G-7鉆頭加工，孔徑誤差還可減小至±0.0008″（0.02mm）。
由于直槽鉆的鉆孔質(zhì)量較高，對(duì)于其它孔加工工序也大有裨益。Accuromm公司指出，如果需對(duì)直槽鉆頭加工的孔進(jìn)行攻絲，其優(yōu)良的尺寸精度可使絲錐壽命提高約50％。
切削刀具性能的提高幾乎總是要求其加工對(duì)象的范圍更窄。雖然直槽鉆還遠(yuǎn)遠(yuǎn)算不上是一種通用刀具，但其使用范圍卻在不斷擴(kuò)大。直槽鉆的推廣應(yīng)用可在提高加工效率和改善工件質(zhì)量?jī)煞矫娅@得十分顯著的效益。
H.A.M.Precision公司生產(chǎn)的一種整體硬質(zhì)合金直槽階梯鉆“Muilt-Drill”采用了TiAlN涂層和內(nèi)冷卻通道設(shè)計(jì)，適用于在短切屑鋁合金材料上進(jìn)行鉆孔、階梯孔和倒角加工。
Competitive Carbide Int.公司生產(chǎn)的“Insatiable G-Spot”專用復(fù)合刀具將該公司的G-Spot直槽鉆與內(nèi)腔銑刀結(jié)合為一體，用一把刀具即可完成對(duì)工件幾何結(jié)構(gòu)的多種加工。該刀具一共可以完成9種加工操作，包括鉆孔、外徑（OD）倒角和锪孔、內(nèi)徑（ID）倒角和锪孔、外徑車削（螺紋工件的預(yù)加工）等。由于刀具與工件之間的接觸面積大，加上鉆頭外徑與工件為4點(diǎn)接觸，因此這種兩件套的刀具有助于保持工件位置穩(wěn)定，即可對(duì)工件起到額外夾緊作用。由于直槽鉆頭有2條刃帶，該刀具不僅可以鉆孔，還可以對(duì)孔起到擠光作用。這就意味著加工出的孔光潔度更高，直線度更好，與切削刃僅有1條刃帶的傳統(tǒng)鉆頭相比，可以更好地滿足對(duì)孔的特定尺寸要求。使用Insatiable G-Spot復(fù)合刀具至少可以取代3～4種刀具，即如果用原來(lái)的刀具加工，需要3次換刀，完成4種加工操作。因此，這種多功能復(fù)合刀具的使用，對(duì)于提高加工效率、縮短加工時(shí)間大有裨益。
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