硬質合金鉆頭頂角的角度一般都是118°,這并不是完全靠理論計算得出的。鋼的使用量最多,鉆削此類金屬硬質合金鉆頭頂角均為118°,這是由長期經驗得出的結論。
為什么硬質合金鉆頭頂角要選118°呢?為什么鉆頭頂角為118°的硬質合金鉆頭效果要好一些呢?
首先,我們來分析一下改變頂角角度后電鉆的切削效果吧!
圖b的頂角角度是118°,三幅圖的頂角為a>b>c。剖面線部分是鉆頭旋轉半圈時的進給量ƒ,是由兩條切削刃鉆出的截面。截面面積均為ƒD,D為鉆頭直徑。因此,實際鉆孔時鉆頭受到三種作用力(切削力、背向力、進給力),鉆頭的進給量即為ƒ。鉆頭旋轉后,切削刃處對應的進給量ƒ’會變成ƒ’=ƒsin2Ф/2,即2Ф越小,ƒ’就越小。切屑厚度也按a、b、c的順序減小。那么,切削力的大小順序為c>b>a。
圖a的切削力最小,進給力因切削力靠近主軸方向,所以較大;與其相反,圖c的切削力較大,而背向力卻較小,即背向力大小依次為a>b>c。
眾所周知,2Ф越小,鉆頭越尖,所以可以簡單地認為背向力越小。
在不考慮切削刃是否鋒利的基礎上,鉆頭頂角為180°時,進給力會變得非常大。
既然已經知道頂角越小,產生的鉆削壓力就越小,那么,只需盡量將鉆頭頂角變小一些不就可以了嗎?如此一來,根本不需要118°,90°甚至30°都可以,但事實證那是不可行的。
如果硬質合金鉆頭的前角γ0變小的話,垂直于進給向的分力即背向力Fp就會增大,上文已講述清楚。這種背向力大小與進給力相反,頂角越大則其越小。要使硬質合金鉆頭轉動并排出切屑就需要很大的轉矩。
比較圖a和圖c,與切削刃成直角的進給量ƒ’與切削力的大小無關,但實際鉆孔時,圖c產生的扭矩是圖a的幾倍。
用錐形鉸刀加工過錐形孔的人都很清楚,即使加工余量很小,還是需要很大的扭矩,因此,把錐形鉸刀看作是頂角2Ф變小了的三角鉆就能理解了。所以,只要在能提供很大轉矩、功率很大的機器上使用進給力小、頂角小的鉆頭就可以了。但僅僅靠提高機床功率是不行的。
無論如何,進行實際切削的是硬質合金鉆頭,不管使用多大轉矩的機床,硬質合金鉆頭仍必須能承受足夠大的強度。若機床的扭矩過大,硬質合金鉆頭本身會承受不住而扭斷。
如上所述,鉆頭頂角的一條切削刃確定好了之后,另一條又會傾斜,如此一來,要磨出標準的鉆頭頂角便相當困難。因此經過長時間的經驗累積,用頂角為118°的硬質合金鉆頭切削鋼材的效果最好,所以118°就變成了標準的鉆頭頂角。
那么,硬質合金鉆頭頂角都是118°嗎?其實不然,118°只是標準角度,用于鉆削鋼材時最為合適。
但是,加工時若更換了工件材料的話,建議最好還是改變鉆頭頂角的大小。
從進給力、背向力等來看,118°的切削效果很好,但實際鉆削中,刀具壽命是必須考慮的問題。從這一點來看,根據工件材料來改變鉆頭頂角是很普通的。
仔細觀察硬質合金鉆頭就能知道,硬質合金鉆頭的頂角為118°時,切削刃為一條直線。但在生產現場,根據材料的不同,鉆頭頂角可能大于118°也可能小于118°。此時的切削刃會變為曲線,對應的切屑形狀也會有所不同。