众所周知,钻头的长度和直径之比越大,其弯曲倾向增加。减小长径比,可以减小挠曲力,从而避免钻头折断和孔径误差加大。较深的孔要求钻头有较大的长径比。通常孔深超过3倍直径就是"深孔",而微钻的孔深一般都要超过这个限度。
如直径为3.175mm的钻头加工孔深31.75mm的孔,长径比达10:1;而直径为0.508mm的钻头加工孔深25.4mm的孔,其长径比达到50:1。所以,随着钻头直径减小和脆性的增加,挠曲便成为产生很多问题的根源。而控制钻头的脆性,就要在刀具基体的硬度和韧性之间加以权衡。
一般说来,高速钢钻头容许有一定的挠度并能承受相应的弯曲力,但是,高速钢具有的这种弹性变形能力和较低的硬度,也使其耐磨性降低,从而限制了刀具的寿命。而硬质合金则具有高刚性和高硬度,所以能使刀具寿命较长、加工精度较高。
M.A.Ford制造公司的钻削生产部经理Joe Kueter指出,硬质合金的高耐磨性使其制成微钻后速度达到高速钢的3倍,且寿命也能提高;同时,硬质合金的高刚性有助于正确定位和保持孔的尺寸。
然而,硬质合金也不是万能的,刚性高会使其容易崩裂。Guhring公司的现场销售工程师Peter Jones指出,用M35钴高速钢做微型钻头,可以在硬质合金和普通高速钢(M2、M7)之间取得较好的折衷。他说:"切削时在孔中产生热,加上刀具的辗压,使切削刃变钝,并划出沟道,最终导致工具损坏。而较高的含钴量,使M35的抗热性增加,并能较长时间保持刀刃锋利。"
此外,硬质合金钻头需要仔细地安装和使用,精确的同心度特别重要,因为不同心造成的侧向负荷会导致钻头崩裂。
三菱金属材料(美国)公司的铣削和钻削部高级生产经理Larry Brenner建议:应尽量在钻头旋转的机床(如加工中心)上使用微钻,他指出,加工中心的主轴能给予钻头正确的中心线定位,而车床上工件的偏心会导致钻头挠曲。因此,假如在车床上使用微钻,则必须把每个影响同心度的因素事先调整好,特别对硬质合金钻头更要注意,因其不能适应弯曲变形。
假如在车床上使用微钻,最好把刀具转塔的安装孔重新镗一刀,并且使用可调式镗孔刀夹,以便把钻头和工件的同心度调至最佳状态。
Brenner进一步指出,要把刀夹的跳动降至最小限度。为此,应首选热缩性刀夹,其次是液压刀夹。要求刀夹套筒端面处的最大跳动值在0.005~0.0076mm范围内。