越來越多的加工車間正用整體硬質合金鉆頭取代槍鉆加工深孔。

    在過去槍鉆占主導地位的深孔加工刀具市場中，能鉆削深度達16－40倍孔徑深孔的新一代整體硬質合金麻花鉆正占有越來越大的份額。為了提高加工精度和排屑性能，這種整體硬質合金鉆頭采用了橫刃和螺旋槽，并采用高密度硬質合金材料以提高硬度，從而使其能以比槍鉆快5－10倍的速度進行鉆削加工。

    一些整體硬質合金鉆頭制造商認為，此類鉆頭的性能優勢對于那些在自己的車床上用槍鉆加工深孔，或將深孔加工任務轉包給槍鉆加工車間的制造商具有越來越大的吸引力。然而，他們也指出，與槍鉆——通常采用硬質合金或淬硬高速鋼鉆尖、淬硬鋼刀柄和直槽——相比，整體硬質合金深孔鉆頭也存在一些局限性。例如，它們的鉆孔深度極限值（標注尺寸）為40倍孔徑，而槍鉆可以輕而易舉地鉆削深度達50倍孔徑以上的深孔。

    既制造槍鉆，也生產整體硬質合金鉆頭的伊斯卡公司孔加工產品經理TomEdler指出，槍鉆可以鉆削加工各種難加工材料，“由于槍鉆的加工速度較慢，因此排屑較容易。在鉆削鈦合金和不銹鋼時，排屑是一個大問題，而槍鉆在加工難加工材料時具有更好的通用性。在這些加工中，槍鉆仍然會被大量使用。”

    采用整體硬質合金深孔鉆頭的另一個障礙是，加工人員對其脆性并由此引起斷裂的潛在危險感到擔心。例如，Bosco加工車間的CNC數控車床操作者RayDomingue曾經懷疑，用一支直徑6.35mm的整體硬質合金鉆頭，能否在不到4分鐘的時間內，在像Nitronic50氮強化奧氏體不銹鋼這種極難加工的合金材料上鉆削出240mm的深孔，而鉆頭仍能保持完好（就像一位刀具銷售人員宣稱的那樣）。

    但是，Domingue必須試一下。去年，與大多數加工車間一樣，他的老板也將簡化操作、削減成本作為優先任務。去年8月，該公司決定將以前轉包給外單位的槍鉆深孔加工改為由本車間自行加工。該加工任務包括在120個稱為伽馬串列的石油零件上鉆削一個深度為240mm的深孔。工件材料為Nitronic50不銹鋼，這種材料含有22％鉻和接近12％的鎳，具有很高的磨蝕性，鉆削加工難度極大。

    該車間計劃在自己的HaasSL30車床上用槍鉆加工這些深孔。Domingue介紹說，“我們購買了幾支直徑6.35mm的槍鉆。我編制了加工程序，開動機床進行加工，鉆削一個240mm的深孔大約用了24分鐘。”在加工了幾個零件后，刀具制造商Guhring公司的銷售代表到車間來走訪用戶。“他告訴我，如果用他們的整體硬質合金鉆頭，只需3－4分鐘就能鉆一個同樣的孔。我說，‘果真如此嗎？我們要試一試，如果行，我會購買這種刀具。’說實話，我并不相信整體硬質合金鉆頭能做到這一點，鉆削Nitronic不銹鋼是一種最困難的加工，而硬質合金的脆性又非常大。”

    Domingue首先將一支標準長度硬質合金鉆頭裝夾在車床上，鉆了一個2倍孔徑深（約13mm）的導向孔，然后轉而使用Guhring公司的RT100T內冷卻整體硬質合金鉆頭（直徑6.35mm，長度為30倍直徑）進行鉆削加工。他說，“我在轉而使用Guhring鉆頭后，編制了一個M00代碼。然后采用車床冷卻系統的高壓噴頭，提供2000psi、3.5gpm的高壓冷卻液。由于采用高壓冷卻，因此選用了密封式套筒夾頭來夾持鉆頭。當鉆頭鉆入孔中后，就開啟高壓冷卻噴頭。”切削參數為：圓周切削速度42m/min（140sfm），主軸轉速2140r/min，進給率0.089mm/r。鉆削每個孔的加工時間（包括鉆導向孔在內）約為3.5分鐘。在必須對鉆頭進行重磨和重新涂層（TiAlN涂層）前，一共加工了65個孔。

    Domingue補充說，整體硬質合金鉆頭產生的切屑“小而緊”，2000psi的高壓冷卻有助于確保切屑快速排出。此外，這種鉆頭證明具有很高的加工精度，孔的終端徑跳小于0.25mm。

    從生產率的角度來看，整體硬質合金鉆頭的加工效率比槍鉆提高了8倍；從加工成本的角度來看，Bosco加工車間節省了外協加工的勞動力成本和運輸成本。盡管整體硬質合金鉆頭的價格（375美元）比槍鉆（70美元）高5倍多，但生產率的大幅提高很快就能抵消和超過刀具成本的增加。

    刀具性能試驗

    在去年9月進行的一次刀具性能試驗中，Guhring公司將其RT100T整體硬質合金鉆頭與槍鉆的切削性能進行了比較。用這兩種直徑為6.35mm的鉆頭在Nitronic50材料上各鉆削1000個深度為240mm的孔。Guhring的硬質合金鉆頭在22.59小時內完成了全部加工，而槍鉆則耗時323.48小時。按車間平均水平，將每小時65美元的加工成本折算為每孔加工成本，RT100T硬質合金鉆頭為4.46美元，而槍鉆達到37.06美元。

    Guhring公司除了3年前上市的、用于加工長徑比為20和30深孔的系列整體硬質合金鉆頭以外，又于去年11月推出了能鉆削長徑比達40的深孔鉆頭。該公司的Hellinger介紹說，“實際上，還可以鉆削更深的孔，取決于鉆頭的直徑。例如，直徑3.2mm鉆頭的螺旋槽長度大約為150mm，因此可以鉆削長徑比達45的深孔。”

    與伊斯卡公司的Edler一樣，Hellinger也很清楚硬質合金鉆頭的局限性，他認為，“對于整體硬質合金鉆頭來說，不銹鋼、淬硬鋼和合金鋼比較容易加工。我們還用它來加工鑄鐵。用它加工鎳基合金時表現也很不錯。但這種鉆頭或許并不是加工冷硬鑄鐵或鋁合金的最佳選擇。不過，我們已為加工鋁合金專門設計了一種硬質合金鉆頭，其螺旋槽的設計較為平緩，這種鉆頭大約6個月后就能作為標準產品上市。”

    減小鉆削力

    伊斯卡公司3年前推出的整體硬質合金深孔鉆頭能夠加工長徑比為22的孔。這種鉆頭采用了140°的正鉆尖角和四棱帶設計，可最大限度地減小鉆削力，起到輔助定心和保護切削刃的作用。該公司對鉆頭的螺旋槽、棱帶和切削刃進行了涂層后磨光處理，以減小摩擦和加工所需的扭矩。刀具材料采用了亞微米晶粒硬質合金，含鈷量為10％，具有實現快速鉆削的關鍵特性。Edler介紹說，“這種牌號的晶粒尺寸為0.8μm，其高密度成分使鉆頭具有良好的硬度和韌性。”按照傳統理論，硬度與韌性是兩種相互對立的特性。“一般來說，制造這么長的鉆頭，為了獲得所需的強度，必須采用韌性好的硬質合金牌號，但良好的韌性并不能轉化為良好的耐磨性。”

    Edler補充說，“深孔鉆削是一種極其困難的加工，因為它是在封閉的環境中進行，切削熱很難消散。在加工某些工件材料時，熱量無法傳入材料中，就會傳入硬質合金鉆頭中。因此，只有具有高硬度，才能兼顧硬質合金鉆頭的強度和耐磨性，使我們能以大進給量進行加工。”

    Edler指出，用整體硬質合金鉆頭實現大進給量加工的另一個關鍵要素是冷卻。

冷卻液壓力越高，冷卻效果越好。他推薦采用1000－1400psi的壓力，“理想的效果是把切屑沖出來，在鉆削深孔時，這始終是一個難題。”他補充說，用整體硬質合金鉆頭鉆削深孔時，采用最小量潤滑（MQL）方式也很有效。

    強化鉆尖設計

    山高刀具公司（SecoToolsInc.）是最近進入整體硬質合金深孔鉆頭市場的刀具制造商之一。它在今年早些時候推出了SD16鉆頭，作為其Feedmax產品系列的一部分，該鉆頭能加工深度為16倍孔徑的深孔（山高公司還可以定制長徑比達25的深孔鉆頭）。

    山高公司孔加工經理TomSandrud表示，“我們選擇了一種不同于標準圓錐鉆頭的鉆尖幾何形狀設計。這是一種四面體鉆尖形狀，有一個主后角和一個副后角，可以更好地保護鉆頭中心處的鉆尖。它能產生一個自由切削橫刃，并能幫助鉆頭定位。”

    他補充說，SD216整體硬質合金鉆頭的結構設計使正式加工前不需要再預鉆導向孔。此外，該鉆頭采用的雙棱帶加上寬邊副棱帶的設計使其能“在鉆削加工剛一開始就切入工件，從而有助于加工出良好的孔型，保持很小的幾何形狀誤差，并確保孔的直線性。”

    Sandrud表示，盡管山高公司最近才開始涉足整體硬質合金深孔鉆頭市場，但其新型鉆頭的銷售量正在穩步增長——而且他預計，深孔鉆削技術還將進一步發展，“在最近四五年內，更多像山高這樣的企業會將深孔鉆頭加入到其產品線中。我們的競爭對手正沿著與我們相同的方向不斷努力。”這一發展方向就是：盡可能將鉆頭做得更長，使其加工效率更高。