制作孔板：学习钻孔加工技巧与实践

知识要点

★麻花钻钻头的基本结构及有关角度。

★刃磨钻头、钻孔画线及钻孔的基本操作方法。

★钻头定心及找正的常用方法。

学习目标

通过本任务的学习，结合孔板的制作过程，完成图5-2所示孔板的钻削加工，并做到以下几点。

(1)了解钻头的基本结构及有关角度。

(2)掌握刃磨钻头、钻孔画线及钻孔的基本操作方法。

(3)掌握钻头定心及找正的常用方法。

图5-2　孔板生产实习图

相关知识

1.钻孔

用钻头在实心材料上加工孔的过程称为钻孔。钻孔属粗加工，尺寸精度能达IT11～IT13级，表面粗糙度值达到Ra12.5～50μm。

1)钻削运动

钻孔时，工件固定，钻头安装在钻床或其他设备上，依靠钻头与工件间的相对运动进行切削。在钻床上钻孔时，钻头的旋转是主运动，钻头沿轴向的移动是进给运动，如图5-3所示。

2)钻削特点

钻削时，钻头是在半封闭状态下进行切削的，其转速高，切削量大，排屑困难，摩擦严重，需要较大的切削力。因散热困难，切削温度高，使钻头磨损严重，加工的孔的表面质量较差。

2.常用钻头——麻花钻

1)麻花钻的组成

麻花钻是指容屑槽由螺旋面构成的钻头，钻体部分像麻花而得名。麻花钻由柄部、颈部、工作部分组成，如图5-4所示。其中，工作部分由切削刃、容屑槽和刃带组成；柄部是供钻床或电钻装夹的部分，有直柄和锥柄之分，其作用是传递转矩和轴向力，一般将直径小于13mm钻头的制成直柄麻花钻，将直径大于13mm钻头的制成锥柄麻花钻；颈部主要供磨削钻头时砂轮退刀用，其上刻印有钻头规格、材料、商标等信息。

图5-3　钻头的运动

图5-4　麻花钻的结构

(a)锥柄麻花钻　(b)直柄麻花钻

2)麻花钻的工作部分

麻花钻的工作部分由切削部分和导向部分组成。

麻花钻切削部分又称钻尖，起主要切削作用，由两条螺旋槽及其刃带所形成的主切削刃、横刃、副切削刃、前刀面和后刀面组成，如图5-5(a)所示。

螺旋槽除构成切削刃外，还用于排屑和输送切削液。螺旋槽面称为前刀面；切削部分顶部与螺旋槽面构成两条主切削刃的曲面称为主后刀面；两条起导向和修光孔壁的刃带表面称为副后刀面。

麻花钻导向部分则用来保持麻花钻钻孔时的正确方向，副切削刃可修光孔壁；导向部分直径略有倒锥，可减少刃带与孔壁的摩擦，便于导向。

麻花钻的主要切削角度如图5-5(b)所示。

(1)顶角2φ。两条主切削刃在其轴向平行平面上投影的夹角，称为顶角。标准麻花钻的顶角为2φ＝118°，主切削刃呈直线状；当顶角大于118°时，主切削刃呈凹形曲线；当顶角小于118°时，主切削刃呈凸形曲线。顶角影响主切削刃轴向力的大小。顶角小，进给力小，利于散热和提高刀具寿命，但会影响排屑和切削液的输送。顶角的大小可根据加工条件在钻头刃磨时确定。

(2)前角γo。前刀面与基面之间的夹角，称为前角。其大小决定着切除材料的难易程度和切屑在前刀面上产生摩擦阻力的大小，前角越大，切削越省力。

(3)后角αo。主后刀面与基面之间的夹角称为后角。其大小影响主后刀面与切削表面之间的摩擦，后角越小，切削刃强度越高，摩擦越严重，因此，钻削硬材料时，后角可适当小些。主切削刃上各点的后角不等，刃磨时应使外缘处的后角减小(αo＝8°～14°)，向内的后角增大(αo＝20°～26°)，横刃处的后角最大(αo＝30°～36°)。

(4)横刃斜角ψ。切削部分刃磨时自然形成的横刃与主切削刃的轴向平行平面之间的夹角，称为横刃斜角。其大小与后角有关，当刃磨的后角大时，横刃斜角就会减小，横刃长度随之变长。标准麻花钻横刃斜角ψ为50°～55°。

图5-5　麻花钻的主要角度

(a)切削部分　(b)主要角度

3)麻花钻的刃磨与检验

为改善麻花钻的切削性能，适应工件材料和加工精度的要求，或根据不同的钻削需求而改变切削部分的几何形状时，需要对麻花钻进行刃磨。

(1)麻花钻的刃磨要求。主要是刃磨两个主后刀面，同时要保证后角、顶角和横刃斜角的角度正确。麻花钻刃磨后需要达到以下要求。

①麻花钻的两条主切削刃对称、等长，即两条主切削刃与轴线成相等的角度。

②顶角应根据钻削材料确定，刃磨时可参照表5-4选取。

③横刃斜角为50°～55°。

④麻花钻直径在6mm以上的切削刃必须修短横刃。

表5-4　麻花钻顶角的选择

(2)麻花钻的刃磨方法。刃磨时麻花钻与砂轮的相对位置如图5-6所示。起动砂轮后，右手在前，左手在后，将麻花钻一侧主切削刃水平放置在砂轮中心位置或略高些，同时使麻花钻轴线与砂轮圆柱面素线的夹角等于钻头顶角2φ的一半，麻花钻柄部略向下倾斜。

图5-6　标准麻花钻的刃磨方法

磨削时，右手握住麻花钻的前端为支点，左手握住柄部，以前端支点为圆心，右手缓慢地使麻花钻绕其轴线自下而上转动，同时施加适当的压力，使整个后刀面都能磨到。左手配合右手缓慢的同步下压，并略带旋转，转动角度和摆动幅度要适当，两手配合要协调。两个后刀面要交替刃磨，直至达到刃磨要求。

麻花钻刃磨时压力不宜过大，并时常浸入水中冷却，防止切削部分过热而退火。

(3)修磨麻花钻横刃。标准麻花钻的横刃较长，横刃处有很大的负前角，钻孔时横刃的切削为挤刮状态，由此产生较大的进给力，使麻花钻定心不准，易抖动，钻出来的孔径会变大；其次引起切削热。因此，直径在6mm以上的麻花钻必须修短横刃，并适当增大近横刃处的前角。

①修磨要求。修磨后的横刃长度b为0.5～1.5mm，修磨横刃后形成内刃，使内刃斜角τ为20°～30°，内刃处前角γτ为-15°～0°，如图5-7(a)所示。

②修磨操作。修磨时，麻花钻轴线与砂轮径向在垂直平面内约成55°角，在水平面内麻花钻轴线与砂轮侧面约成15°角，如图5-7(b)所示。

图5-7　麻花钻横切的修磨

(a)横刃修磨的几何角度　(b)横刃的修磨方法

(4)麻花钻的检验。麻花钻在刃磨过程中和刃磨完成后都要进行检验，以便及时控制和修整。

麻花钻的几何角度及两条主切削刃的对称度等要求可利用角度[见图5-8(a)]或样板[图5-8(b)]检验。但在刃磨过程中经常采用目测法进行检验。目测法检验时，需在清晰的背景下，把麻花钻切削部分向上竖起，两眼平视，以麻花钻轴线为基准，观察顶角及两条切削刃的对称情况，如图5-8(c)所示。由于两条主切削刃一前一后，观察时会产生视觉误差，前面的主切削刃看上去略高于后面的切削刃，为此，需将麻花钻反转180°，反复观察几次，结果一致则说明达到对称度要求。

图5-8　麻花钻刃磨角度的检验

(a)用角度尺检验　(b)用样板检验　(c)目测检验

小提示

麻花钻刃磨操作注意事项

①刃磨选用粒度为F46-F80、硬度为中软(K、L)级的氧化铝砂轮为宜。

②操作前检查砂轮平整无裂缝，且运转平稳，对跳动量大的砂轮需进行修整。

③刃磨操作要严格按砂轮机操作规程进行。刃磨时要戴防护眼镜，严禁正对砂轮，不能用力过猛。

3.钻孔方法和操作过程

1)工件画线

在工件上钻孔，需按钻孔的位置尺寸要求，划出孔位的十字中心线与孔的圆周线，并在孔中心及圆周上打样冲眼。中心样冲眼便于起钻定位，圆周及其上的样冲眼便于钻削时参照。

对较大的孔径，还需划出几个大小不等的检查圆[见图5-9(a)]，以便钻孔时检查和找正钻孔位置。当钻孔的几何精度要求较高时，为避免敲击中心样冲眼时会产生偏差，可以直接划出以孔的中心线为中心的几个大小不等的方框[见图5-9(b)]，作为钻孔时的检查线。

图5-9　孔位检查线的形式

(a)检查圆　(b)检查方框

2)钻头的装拆

(1)直柄钻头的装拆。直柄钻头用钻夹头装夹，其装夹长度不得小于15mm。装拆钻头时，使用钻夹头钥匙旋转外套，完成夹紧或放松动作，如图5-10(a)所示。

(2)锥柄钻头的装拆。如图5-10(b)所示，锥柄钻头的柄部锥体可与钻床主轴锥孔直接连接，连接时必须将钻头锥柄及主轴锥孔擦拭干净，使钻头扁尾对准主轴上的腰孔，利用加速度惯性一次装接。当钻头锥柄小于主轴锥孔时，需通过钻头过渡套变换成与钻床主轴锥孔相适宜的锥柄后，装入钻床主轴。

锥柄钻头用斜铁进行拆卸。拆卸钻头时，将斜铁带圆弧的一边放在上面，否则会损坏主轴上的腰孔。操作时右手轻敲斜铁，左手握住钻头以防跌落，如此便可拆出钻头。(www.xing528.com)

图5-10　钻头的装拆

(a)直柄钻头的装拆　(b)锥柄钻头的装拆

图5-10　钻头的装拆

(a)直柄钻头的装拆　(b)锥柄钻头的装拆

(3)快换钻夹头。在钻孔加工中，时常需要换装大小不同的钻头或其他钻削刀具。用普通钻夹头或过渡套，需要停车换装，因而给工作带来不便。而采用快换钻夹头，可使钻头的装拆更加便捷，减少更换刀具时间，提高效率。

快换钻夹头是利用可换套来实现钻头快速换装的，其结构简单，传动平稳，装夹方便，如图5-11所示。夹头的莫氏锥柄安装在钻床主轴锥孔内，可换套根据加工需要配备，内有莫氏锥孔以供预先装好钻头。可换套的外表面有两个凹坑，当钢球嵌入凹坑时，便可传递动力。外表滚花的滑套的内孔与夹具体松配，当需更换钻头时，可不停车，只要用手握住滑套向上推(由弹簧环限位)，两粒钢球就会受到离心力的作用贴在滑套的端部大孔表面上，此时，可用另一只手把可换套向下拉出，然后再把另一个可换套插入，放下滑套，两粒钢球就被重新压入可换套的凹坑内，于是就带动钻头旋转，完成钻头的换装。

图5-11　快换钻夹头

3)工件的装夹

工件钻孔时，要根据工件的形状及孔径的大小等采用不同的装夹方法，以保证钻孔的质量和安全。

(1)小工件的装夹。在较小工件上钻8mm以下的孔时，常用手握法或用手虎钳夹持工件钻孔，如图5-12(a)所示。

(2)平整工件的装夹。可用平口钳装夹平整、规则的工件，如图5-12(b)所示。当钻孔直径大于8mm时，必须将平口钳固定。

(3)圆柱形工件的装夹。用V形块装夹圆形工件，可使工件得到良好的定位，如图5-12(c)所示。

(4)较大工件的装夹。当工件较大且钻孔直径较大时，可用阶梯垫铁或平行垫块配压或直接压装在工作台上，如图5-12(d)所示。钻通孔时，应将钻孔位置安放在工件台上方或将工件垫起。

(5)其他装夹方式。当钻孔工件基准面为侧面时，可用角铁进行装夹，如图5-12(e)所示；当在圆柱工件端面钻孔时，可用自定心卡盘进行装夹，如图5-12(f)所示。

图5-12　不同工件的装夹

4)钻削操作

(1)钻床转速的选择。钻床转速需根据钻头允许的切削速度确定，即

式中，v——切削速度，单位为m/min；

d——钻头直径，单位为mm。

用高速钢钻头钻削铸铁件时，切削速度v为14～22m/min；钻削钢件时，切削速度为16～24m/min；钻削青铜或黄铜件时，切削速度v为30～60m/min。当工件材料和强度较高时，切削速度取小值(铸铁以硬度为200HBW为中值，钢以Rm＝700MPa为中值)；钻头直径小时，切削速度也取小值(以d＝16mm为中值)；钻孔深度L大于直径d的三倍时，还应将切削速度取值乘以0.7～0.8的修正系数。

(2)起钻。钻孔时，先使钻头对准钻孔中心的样冲眼试钻一个浅坑，以观察钻孔位置是否正确。若有偏位，需要不断找正，使浅坑逐步与画线圆同心。如果偏位较小，可在起钻的同时，用力将工件向偏位的反方向推移，则可实现找正；如果偏位较大，可在找正方向上打几个样冲眼或用油槽錾錾出几条槽(见图5-13)，以减少此处钻削阻力，逐步找正至要求。

无论采用何种方法找正，都必须在锥孔外圆小于钻头直径的前提下完成。

图5-13　用錾槽找正起钻偏位的孔

(3)手动进给操作。当起钻达到钻孔位置要求后，即可压紧工件进行钻孔。手动进给时，用力不应太大，防止钻头产生弯曲，以免使孔的轴线歪斜。钻小直径孔或深孔时，进给量要小，并要经常排屑，以免因切屑阻塞而扭断钻头，一般在钻孔深度达到直径的三倍时，一定要退钻排屑。通孔将钻穿时，用力要小，以防进给量突然增大，造成切削阻力增大，使钻头折断或使工件随钻头转动而造成事故。

(4)钻孔时的冷却润滑。在钻削过程中，会出现切屑变形、钻头与工件接触产生切削热等情况，直接影响钻头的切削能力和钻削精度，严重时会降低钻头的强度。因此，钻孔时要根据钻削材料的不同选用和加注不同的切削液，以对钻头进行冷却和润滑，减少钻削时钻头与工件、切屑之间的摩擦以及消除黏附在钻头和工件上的积屑瘤，提高钻头寿命和改善加工孔的表面质量。

钻削一般结构钢工件时，主要以冷却为主，可使用3%～7%的乳化液或7%的硫化乳化液；钻削铜、铝合金工件时，可加注5%～8%的乳化液；钻削铸铁工件时，可加注5%～8%的乳化液或用煤油。

5)钻孔时产生废品的原因分析

钻孔时产生废品的原因和预防措施如表5-5所示。

表5-5　钻孔时产生废品的原因和预防措施

(续表)

任务实施

1.加工要求与工艺分析

孔板的材料为Q235优质碳素结构钢，坯件尺寸为80mm×60mm×32mm。由图样可知，工件外形周边表面粗糙度值为Ra12.5μm，前后两平面为不加工表面，该件可由厚度为32mm的钢板备制。工件上共有12个不同直径的通孔，其中有六个ϕ8mm的孔在距工件右端面20mm处的水平中心线上呈圆形均布，定位圆的直径为20mm；其余各孔以水平中心线对称分布，且有两个ϕ12mm的孔在垂直中心线上。

工件上各孔中孔径最大的为12mm，适合用台式钻床加工。工件采用平口钳装夹，因钻通孔，装夹时用垫板垫起工件找正，夹紧后抽掉垫板。

2.加工操作

加工孔板的步骤如下。

检查坯件尺寸→划出工件在水平、垂直方向的对称中心线→以对称中心线及左、右端面为基准划出各孔定位线→划出各孔圆周线后打样冲眼→按画线完成钻孔→清理孔口毛刺→检验。

任务评价与反馈

钻孔在机器制造业中是一项很普遍而又重要的操作。结合孔板的制作过程，掌握钻孔的操作方法和一般过程，学会钻头刃磨的基本技能。

1.自我测评

(1)标准钻头的顶角和横刃斜角分别是多少度?为什么要修磨横刃?

(2)通过本任务，是否已掌握钻削的一般操作过程?在哪些方面还需进一步强化?有哪些问题需要解决?如何提高操作技能?

2.任务考评

用钢直尺、游标卡尺配合自检，填写任务考评表(见表5-6)。

3.实训感悟

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表5-6　加工孔板任务考评表

知识储备

电　钻

在钳工装配、修理工作中，经常要在大型工件或工件上某些特殊位置钻孔，在这些不便用钻床加工的场合，适合用电钻钻孔。

电钻是一种手持电动钻孔工具，它适合在金属材料和非金属材料上钻孔。电钻体积小、重量轻、便于携带，操作灵活、使用安全，在机械、建筑、家居装修等领域得到广泛应用。

电钻的电源电压分单相(220V或36V)和三相(380V)两种，其规格以在钢材上钻孔的最大直径来表示。采用单相电压的电钻常用有6mm、8mm、10mm、13mm等规格，采用三相电压的电钻有13mm、19mm、23mm等规格。对非铁金属、塑料等材料最大钻孔直径可比原规格大30%～50%。

常用的电钻有手枪式和手提式两种，如图5-14所示。

图5-14　电　钻

(a)手枪式　(b)手提式

1.电钻结构及工作原理

电钻的结构如图5-15所示。其工作原理是电动机通过圆柱齿轮减速机构减速后，驱动电钻主轴转动。电动机能自行通风冷却，转子(电枢)、定子经特殊绝缘处理。开关是手揿式快速切断，且具有自锁装置。在主轴上装有钻夹头(用于ϕ13mm以下钻头)或套筒(用于ϕ13mm以上锥柄钻头)。

2.使用电钻的注意事项

(1)使用前确认所使用的电源与工具铭牌上标记的规格相符。

(2)使用前检查钻夹头是否松动，若有松动，则沿顺时针方向将其拧紧。

(3)电钻在使用前必须先空转1min，检查传动部分运转是否正常。

(4)保持钻头锋利，钻孔时不宜用力过猛，钻削中转速明显降低时，应立即减小压力，以防电钻过载；当孔即将钻穿时，也要相应减小压力，缓慢进给。

(5)电钻因停电突然停止转动时，必须立即切断电源并进行检查。

(6)对电钻的塑料外壳要妥善保护，不能碰裂，不能与汽油接触。

(7)在使用中移动电钻时，必须握持电钻手柄，不能拉动软线拖拽电钻，以防因软线被擦破或割坏而造成触电事故。

图5-15　电钻的结构