了解麻花钻构成与顶角定义

1.组成

麻花钻直径大于6～8mm时，常制成焊接式。其工作部分的材料一般用高速钢（W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2）制成，淬火后的硬度可达62～68HRC。柄部的材料一般采用45钢。

麻花钻由柄部、颈部和工作部分组成，如图5-2所示。

图5-2　麻花钻的构成

（a）锥柄式；（b）柱柄式

柄部是钻头的夹持部分，用来定心和传递动力，有锥柄和直柄两种。一般直径小于13mm的钻头做成直柄；直径大于13mm的钻头做成锥柄，因为锥柄可传递较大扭矩，具体规格见表5-1。

表5-1　莫氏锥柄的大端直径及钻头直径　mm

颈部是为磨制钻头时供砂轮退刀用的，钻头的规格、材料和商标一般也刻印在颈部。

麻花钻的工作部分又分为切削部分和导向部分。导向部分用来保持麻花钻工作时的正确方向，在钻头重磨时，导向部分逐渐变为切削部分而投入切削工作。导向部分有两条螺旋槽，其作用是形成切削刃（副切削刃）以及容纳和排除切屑，并且便于切削液沿螺旋槽输入。导向部分的外缘有两条棱带，它的直径略有倒锥（每100mm 长度内柄部减少0.05～0.1mm）。这样既可以引导钻头切削时的方向，又能减少钻头与孔壁的摩擦。

麻花钻的切削部分如图5-3所示。标准麻花钻的切削部分由五刃（两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃）和六面（两个前刀面、两个后刀面和两个副后刀面）组成。图5-3中的麻花钻有两个刀瓣，每个刀瓣可看作一把外圆车刀。两螺旋槽表面是前刀面，切屑沿其排出。切削部分顶端的两个曲面称为后刀面，它与工件的过渡表面相对。钻头的棱带是与已加工表面相对的表面，称为副后刀面。前刀面和后刀面的交线称为主切削刃，两个后刀面的交线称为横刃，前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。

2.标准麻花钻的切削角度

要想弄清麻花钻的切削角度，必须先确定表示切削角度的辅助平面——基面、切削平面、主截面和柱截面的位置。

1）辅助平面

图5-4所示为麻花钻主切削刃上任意一点的基面、切削平面和主截面的相互位置，三者互相垂直。

图5-3　麻花钻切削部分的构成

图5-4　麻花钻的辅助平面

（1）基面。

切削刃上任一点的基面是通过该点并与该点切削速度方向垂直的平面，实际上是过该点与钻心连线的径向平面。由于麻花钻两主切削刃不通过钻心，而是平行并错开一个钻心厚度的距离，因此钻头主切削刃上各点的基面是不同的。

（2）切削平面。

麻花钻主切削刃上任一点的切削平面，是由该点的切削速度方向与该点切削刃的切线所构成的平面。此时的加工表面可看成是一圆锥面，钻头主切削刃上任一点的速度方向是以该点到钻心的距离为半径、钻心为圆心所作圆的切线方向，也就是该点与钻心连线的垂线方向。标准麻花钻主切削刃为直线，其切线就是钻刃本身。切削平面即为该点切削速度与主切削刃构成的平面（图5-4）。

（3）主截面。

通过主切削刃上任一点并垂直于切削平面和基面的平面为主截面。

（4）柱截面。

通过主切削刃上任一点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴线旋转所形成的圆柱面的切面即为柱截面。

2）切削角度

图5-5所示为标准麻花钻的切削角度。

（1）前角γ。。

在主截面N1-N1或N2-N2内，前刀面与基面之间的夹角称为前角，如图5-5中的γo1、γo2。前刀面是一个螺旋面，沿主切削刃各点倾斜方向不同，所以主切削刃各点前角的大小是不相等的。近外缘处的前角最大，一般为30°左右；自外缘向中心前角逐渐减小（图5-5中γo1＞γo2）。在钻心D/3范围内为负值；接近横刃处前角为γo=-30°。前角大小与螺旋角有关（横刃处除外），螺旋角越大，前角越大。

前角大小决定了切除材料的难易程度和切屑在前刀面上的摩擦阻力大小。前角越大，切削越省力。(www.xing528.com)

图5-5　标准麻花钻的切削角度

（2）后角α。。

在柱截面O1-O1或Q2-O2内，后刀面与切削平面之间的夹角称为后角，如图5-5中的αo1、αo2。主切削刃上各点的后角是不相等的，外缘处后角较小，越接近钻心后角越大。一般麻花钻外缘处的后角按钻头直径大小分为：D＜15mm，αo=10°～14°；D=15～30mm，αo=9°～12°；D＞30mm，αo=8°～11°。钻心处的后角αo=20°～26°，横刃处的后角αo=30°～36°。钻硬材料时为了保证刀刃强度，后角应适当小些；钻软材料后角可适当大些，但钻有色金属材料时后角不能太大，否则会产生扎刀现象。“扎刀”就是钻头旋转时自动切入工件的现象，轻者使孔口损坏，钻头崩刃，重者将使钻头扭断，甚至会把工件从夹具中拉出造成事故。

（3）顶角2φ。

麻花钻的顶角又称锋角或钻尖角，它是两主切削刃在其平行平面M-M上的投影之间的夹角。顶角的大小可根据加工条件在钻头刃磨时决定。标准麻花钻的顶角2φ=118°±2°，这时两主切削刃呈直线形。若2φ＞118°时，则主切削刃呈内凹形；2φ＜118°时，则主切削刃呈外凸形。顶角的大小影响主切削刃上轴向力的大小。顶角越小，则轴向力越小，外缘处刀尖角εr增大，有利于散热和提高钻头寿命。但顶角减小后，在相同条件下，钻头所受的切削扭矩增大，切削变形加剧，排屑困难，会妨碍冷却液的进入。

（4）横刃斜角ψ。

横刃与主切削刃在钻头端面内的投影之间的夹角称为横刃斜角，它是在刃磨钻头时自然形成的，其大小与后角、顶角大小有关。标准麻花钻ψ=50°～55°。当后角磨得偏大时，横刃斜角就会减小，而横刃的长度会增大。标准麻花钻横刃的长度b=0.18D。

3.标准麻花钻头的缺点

通过实践证明，标准麻花钻的切削部分存在以下缺点。

（1）横刃较长，横刃处前角为负值，在切削中横刃处于挤刮状态，产生很大的轴向力，容易发生抖动，定心不良。根据试验，钻削时50%的轴向力和15%的扭矩是由横刃产生的，这是钻削中产生切削热的重要原因。

（2）主切削刃上各点的前角大小不一样，致使各点切削性能不同。由于靠近钻心处的前角是一个很大的负值，切削为挤刮状态，切削性能差，产生热量大，磨损严重。

（3）钻头的棱边较宽，副后角为零，靠近切削部分的棱边与孔壁的摩擦比较严重，容易发热和磨损。

（4）主切削刃外缘处的刀尖角（图5-5中主切削刃与副切削刃在截面M-M的投影间的夹角）较小，前角很大，刀齿薄弱，而此处的切削速度却最高，故产生的切削热最多，磨损极为严重。

（5）主切削刃长，而且全宽参加切削，各点切屑流出速度的大小和方向都相差很大，会增加切屑变形，所以切屑卷曲成很宽的螺旋卷，容易堵塞容屑槽，致使排屑困难。

4.标准麻花钻头的修磨

为适应钻削不同的材料而达到不同的钻削要求以及改进标准麻花钻存在的以上缺点，通常要对其切削部分进行修磨，以改善其切削性能。应在以下几个方面有选择地对钻头进行修磨。

1）修磨横刃

修磨横刃的部位如图5-6（a）所示。修磨后横刃的长度为原来的1/5～1/3，以减小轴向力和挤刮现象，提高钻头的定心作用和切削性能。同时，在靠近钻心处形成内刃，内刃斜角τ=20°～30°，内刃处前角γ0τ=0°～15°，切削性能得以改善。一般直径在5mm以上的钻头均需修磨横刃，这是最基本的修磨方式。

2）修磨主切削刃

修磨主切削刃如图5-6（b）所示，主要是磨出二重顶角2φo （2φo=70°～75°）。在钻头外缘处磨出过渡刃（fo=0.2d），以增大外缘处的刀尖角，改善散热条件，增强刀齿强度，提高切削刃与棱边交角处的耐磨性，延长钻头寿命，减少孔壁的残留面积，降低孔的表面粗糙度。

3）修磨棱边

如图5-6（c）所示，在靠近主切削刃的一段棱边上磨出副后角αo=6°～8°，保留棱边宽度为原来的1/3～1/2，以减少对孔壁的摩擦，提高钻头的寿命。

4）修磨前刀面

修磨主切削刃和副切削刃交角处的前刀面，磨去一块如图5-6（d）中阴影部位所示，这样可提高钻头强度。钻削黄铜时，还可避免切削刃过分锋利而引起扎刀现象。

5）修磨分屑槽

如图5-6（e）所示，在两个后刀面上磨出几条相互错开的分屑槽，使切屑变窄，以利于排屑。直径大于15mm的钻头都要磨出。如有的钻头在制造时后刀面上已有分屑槽，那就不必再开槽。

图5-6　标准麻花钻的修磨

（a）修磨横刃；（b）修磨主切削刃；（c）修磨棱边；（d）修磨前刀面；（e）修磨分屑槽