标题：微型钻头
难度
要把这些相互影响又对钻削过程十分敏感的因素处理好，需要有科学的创新精神。Guhring(美国)公司的市场部经理Mark Megal说：“在很多场合，使用微钻你得边琢磨边干。”尽管目前工具制造商已经在微钻的材料和几何参数方面完成了很多开发，不需要每件事都从头试验，但是要把钻削过程中诸多因素都加以很好控制，仍然不是一项简单的工作。
微钻的长径比显著加大
材料选择众所周知，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。
局限然而，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。
建议三菱金属材料(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。
消除初始定心误差
任何钻头工作时，开始几转至关重要。因为开始切削时，钻头承受偏心力。此外，工件表面的不规则形状会引起横向滑步，导致刀具弯曲、折断，或者至少是增大孔的偏差。
对于直径3mm以下的钻头，三菱公司建议先用刚性好的定心钻打一个深度为1～2倍直径的初始孔。定心钻的钻尖顶角应等于或大于最终钻孔的微钻顶角。若定心钻的顶角较小，则随后微钻切入时，两切削刃比顶尖先接触工件，容易引起崩刃。
如果不用定心钻，则可采用这样的方法：使微钻开始切入时的进给量远低于随后的正常进给量。例如钻头直径1.613mm，孔深12.7mm，正常进给量规定为0.0508mm/r，开始用0.0127mm/r的进给量推进0.254mm，也可推进到刃带开始接触工件，然后再转为正常进给。这种办法同样可防止钻头滑步。
Brenner指出，微钻使用中的另一挑战是要尽量提高转速，以发挥生产潜力，但就最大转速规范而言，钻头往往走在机床的前面。有的机床在其最高转速下运行，仍未达到微钻的最佳切削速度。例如直径为1mm的钻头，切削速度达到91.44m/min，要求机床主轴转速达到28000r/min。
被加工材料的硬度，对于确定微钻切削速度和进给量的初始推荐值有很大影响。例如，M.A.Ford公司推荐：用直径为1.32mm的整体硬质合金钻头加工1018低碳钢(20HRC)时，其切削速度选用91.44m/min，进给量选用0.038mm/r。但是该钻头加工塑料和合成材料时，切削速度可达198.12m/min，进给量达0.127mm/r。加工难加工材料(如镍基合金、钛合金)时，切削速度仅为15.24～18.29m/min，进给量仅为0.0305mm/r。
分步钻孔序列
通常，钻削微型深孔采用分步钻孔序列，即周期性退出钻头，以便折断切屑，防止堵塞。分步钻孔也有助于防止在孔底持续挤压，这一点在加工冷作硬化材料时尤为重要。
Brenner指出，一般认为分步切削就得把钻头完全退出来，其实不然。若采用中断进给(几转或短时)，同样可以断屑。另外，完全退出钻头还易产生喇叭口以及将部分切屑留在孔内，所以不得不对其再切削。这些情况都是不希望出现的。
许多问题往往发生在钻孔深度的最后20%这一段内。Brenner指出，这是因为随着孔的逐渐加深、切屑排出十分困难的原因所致。具体的解决办法因工件及材料的状况而异。应用工程师应按具体情况确定分步切削方案。
谈到加工线路板的微钻，虽然从钻头材质和直径大小来看，同设计用于加工韧性材料的微钻十分相似，但是，两者的切削几何参数却有很大差异。
M.A.Ford公司的Kueter指出，虽然经过仔细安装调试，线路板钻头也可用于加工较硬的材料，但Ford公司一般不这么做，宁肯精心制备适用于韧性工件材料的专门钻头。一个重要的方向是尽量缩短槽长，以提高钻头的强度。Kueter还特别说明，用户要求钻削25.4mm的深孔，但我们提供的钻头槽长不一定要达到25.4mm，一般提供槽长为9.525mm或12.7mm的钻头即可。
Kueter指出，有些线路板钻头制成所谓“阶梯式柄部。”例如，一支直径为0.1524mm的钻头，钻削孔深为1.524mm，槽全长也制成1.524mm，但钻头工作部分直径不直接从槽尾连接到直径3.175mm的柄部，而是通过一个0.762mm中间直径加以过渡。对此Kueter认为，钻削韧性材料时，钻头伸出长度应尽量短，所以加一段过渡直径的结构是不可取的。
Kueter还指出，从几何参数的角度来看，线路板钻头通常采用较大的螺旋角，沟槽截面尺寸也较其它微钻薄。而对于加工不锈钢和其它难加工材料的微钻，则采用较小的螺旋角和较厚的沟槽截面尺寸。他还指出，为了减小微钻上的应力，制成倒锥——直径向柄部方向减小——是十分必要的。倒锥量一般为0.005～0.127mm。因为钻头槽长常小于25.4mm，所以每25.4mm长度上的倒锥通常为0.0127～0.0254mm。Kueter强调，只要钻孔有深度，就需要倒锥度。特别是对钛合金等加工中出现“回缩”的材料，若没有适当的倒锥度，钻头将被胶结在孔里。
Kueter介绍了一家用户为克服钛合金加工时“回缩”现象的独特方法：要求工具厂供应的钻头钻尖处径向跳动处于公差上限，这样在钻孔时扩张量较大，工件“回缩”也不至于抱住钻头。
内冷却效果好
实践证明，采用内冷却钻头对提高深孔加工的生产率十分有效。它的优点不仅在于把切削液直接送到钻尖处，起冷却作用，而且还能发挥强制排屑和帮助断屑的作用。在孔深大于3倍直径时，采用内冷却钻头加工时其效果更为明显，但迄今为止，内冷却钻头往往限于直径3mm以上的钻头。
CooL Jet系统公司的全国销售经理Colin ELdon说，正确使用HPC(高压冷却)系统，能极大地提高生产率。他回顾一家用户的实际例子：钻头直径1.397mm，孔深13.335mm，工件材料为302不锈钢。以往采用常规冷却(压力为4个大气压)，采用钴高速钢钻头，转速为1600r/min，单件工时42秒，钻头寿命175件。后来采用双钻头加工新工艺：首先，采用三菱公司的MZE型整体硬质合金定心钻，无冷却，转速为6000r/min，进给量0.0254mm/r，定心孔深2.54mm。第二步，采用三菱公司MZS型内冷却微钻，转速9000rpm，进给量0.0203mm/r，分步切削步长1.397mm，冷却液压力达102个大气压。两支钻头的单件加工工时合计为16.5秒(节省工时60%)，刀具寿命增加到875件。获得如此巨大的好处，代价仅为每个零件刀具费用提高3.3%。
三菱公司的Brenner介绍，该公司生产直径1mm至3mm的微钻，冷却压力至少达到68个大气压，随钻头上的两个微小冷却孔尺寸而变。冷却孔最小直径为0.1524mm，用于直径最小的钻头。为了确保充分的冷却液流量，必须保证有足够的压力。对于大尺寸钻头，内冷却孔直径达到1.524mm，在68个大气压下，其冷却液流量达16.4升/分，而在同样压力下，用微钻钻削时的冷却液流量仅为1.89升/分。
三菱公司还建议：冷却系统应能滤掉尺寸小至5微米的质点；使用的精密过滤套，不论采用内密封还是外密封，应能在68个大气压保持密封。并建议采用水溶性冷却液，带EP类添加剂，如硫、氯等。由于油的粘度为水的8～10倍，所以不宜采用。
M.A.Ford公司最新生产的内冷却微钻系列(最小直径1mm)，增加了钻芯增量，这有助于保证钻头强度。内冷却螺旋孔贯穿钻体，位置可贴近槽的前部或背部。
该公司专注于开发小螺旋角内冷却钻头，因为它有助于切屑排出孔外。Kueter指出，内冷却钻头应能大大减少分步切削次数，在加工冷作硬化型材料如304或316号不锈钢时尤其重要。
小孔带来大挑战
Starro精密产品公司是一家从事瑞士式螺纹加工和其它加工服务的公司。在内冷却微钻的应用方面和M.A.Ford公司有密切合作。该公司的销售和制造副总裁Lee Dwyer指出：“必须懂得，你所选用的冷却液和刀具几何角度能带来什么效果。”
Starro公司与众不同之处就是在某些生产工序上公差保持在±0.005mm。Dwyer指出，现有的钻削数据，通常都用于钻头旋转的场合，所以Starro公司不得不自行开发许多适用于螺旋机床和加工中心的微钻应用程序。Dwyer指出：定心是决窍，必须使机床处于良好状态，主轴径向跳动要小于0.0025mm；内冷却微钻的主要优点是可提高刀具寿命和切削速度。与不用冷却液的硬质合金钻头相比，内冷却钻头的刀具寿命提高到3倍，切削速度提高30%，具体随工件材料而异。
对于长期应用微钻的场合，对整个切削系统的每一个要素加以优化则显得格外重要。
Kyocera Tycom公司的工业用微型刀具分公司全国销售经理Tom Krueger指出：对于小批量生产，可使用价格低廉的标准工具。但对于特定产品的大批量生产，生产车间应对整个工序流程进行分析和优化。
对于某种特定的工件材料，采用专用的钻头、钻尖几何参数、槽长、螺旋角以及柄部的直径和长度，可以获得最佳的使用效果。若再对使用钻头的机床进行认真分析，将会使生产率进一步提高。
Krueger列举一个实例：在一台特殊机床上，用一直径为0.0381mm的钻头加工一种不锈钢医用零件，工件和刀具的转速均为5000rpm，反向旋转。由于接受Kyocera Tycom公司建议，对加工过程进行改进，如调整机床的同心度，结果生产率成倍提高。
实践证明，要想提高生产率，就得花时间、金钱，加上积极工作。例如Starro公司就在设备和生产工艺过程方面进行了投入，并开展一系列微钻应用的研究工作。该公司的销售副总裁Dwyer指出，不花费力气，不会有收获。
钻头修磨方法
刃磨钻头主要掌握几个技巧： 
1、刃口要与砂轮面摆平。
磨钻头前，先要将钻头的主切削刃与砂轮面放置在一个水平面上，也就是说，保证刃口接触砂轮面时，整个刃都要磨到。这是钻头与砂轮相对位置的第一步，位置摆好再慢慢往砂轮面上靠。
2、钻头轴线要与砂轮面斜出60°的角度。
这个角度就是钻头的锋角，此时的角度不对，将直接影响钻头顶角的大小及主切削刃的形状和横刃斜角。这里是指钻头轴心线与砂轮表面之间的位置关系，取60°就行，这个角度一般比较能看得准。这里要注意钻头刃磨前相对的水平位置和角度位置，二者要统筹兼顾，不要为了摆平刃口而忽略了摆好度角，或为了摆好角度而忽略了摆平刃口。
3、由刃口往后磨后面。
刃口接触砂轮后，要从主切削刃往后面磨，也就是从钻头的刃口先开始接触砂轮，而后沿着整个后刀面缓慢往下磨。钻头切入时可轻轻接触砂轮，先进行较少量的刃磨，并注意观察火花的均匀性，及时调整手上压力大小，还要注意钻头的冷却，不能让其磨过火，造成刃口变色，而至刃口退火。发现刃口温度高时，要及时将钻头冷却。
4、钻头的刃口要上下摆动，钻头尾部不能起翘。
这是一个标准的钻头磨削动作，主切削刃在砂轮上要上下摆动，也就是握钻头前部的手要均匀地将钻头在砂轮面上上下摆动。而握柄部的手却不能摆动，还要防止后柄往上翘，即钻头的尾部不能高翘于砂轮水平中心线以上，否则会使刃口磨钝，无法切削。这是最关键的一步，钻头磨得好与坏，与此有很大的关系。在磨得差不多时，要从刃口开始，往后角再轻轻蹭一下，让刃后面更光洁一些。
5、保证刃尖对轴线，两边对称慢慢修。
一边刃口磨好后，再磨另一边刃口，必须保证刃口在钻头轴线的中间，两边刃口要对称。有经验的师傅会对着亮光察看钻尖的对称性，慢慢进行修磨。钻头切削刃的后角一般为10°-14°，后角大了，切削刃太薄，钻削时振动厉害，孔口呈三边或五边形，切屑呈针状；后角小了，钻削时轴向力很大，不易切入，切削力增加，温升大，钻头发热严重，甚至无法钻削。后角角度磨的适合，锋尖对中，两刃对称，钻削时，钻头排屑轻快，无振动，孔径也不会扩大。
6、两刃磨好后，对直径大一些的钻头还要注意磨一下钻头锋尖。
改善钻孔方法
为了改善钻头的切割几何尺寸，优化新材料的切削数据，我们需要进行试验性的检查。利用在车、钻组合实验台上测到的数据，研制出了一种计算钻孔时过程力的方法，这种方法的基础是在正交旋转试验中取得的特征数据。
如果成功地利用车削时测到的现有数据对钻孔过程进行模拟，那么钻孔过程可以得到更好的理解和检查钻孔是最重要的切削加工工艺之一。在典型的转动部件上，钻孔加工的时间约占30%。无论是在钻孔时还是车削时，钻刃或刀刃在一般情况下总是处在连续的切割中，而且使用的也是同样的刃具材料，因而就这一点而言，钻与车的过程是相似的。
车与钻主要区别
车与钻之间的主要区别包括，钻孔时有一个以上的刃在切割；钻头刃上的切削速度在0与实际切削速度之间变化，这就是说，切削速度越低切削条件就越恶劣，尽管如此麻花钻头中心的进给仍然很大。钻头沿钻刃边上的几何形状变化很大(切削角、后角、楔形角、倾斜角)。钻头横刃根据尖锐程度的不同对钻头的轴向力有着重大的影响；由于钻孔里的空间被封闭，钻屑从钻孔中排出受到很大的阻碍，周期性地排屑或控制之下的冷却润滑剂循环可以对这种情况有所改善。 
如果成功地利用车削时测得的数据对钻孔过程进行模拟，那么所有这些挑战以及在对用麻花钻切屑进行试验性调查时遇到的困难都可以得到更好的解决。
切削力是钻孔试验的基础
考虑到沿着钻头刃边的切削角和倾斜角变化甚大，切削速度取决于半径，应当从采用类似刀刃几何形状的车削时取得的切削数据，或者是通过从正交的切割实验的换算，对钻孔时的力具情况加以模拟，并通过现实的钻孔实验加以检查。同时应当估计到，在钻头正中心横刃部位，切削速度与进给速度相比非常小，钻孔过程不仅可以按照Kienzle切削力模型进行描述，而且还必须另外用变形力份额来加以扩大。图1显示的是这种方法，以及由此产生的优化钻孔几何形状的可能性。在钻头上，切削角γ典型的变化范围在横刃上的-50°和外径上的+30°之间。由于横刃的原因或钻头尖部的直径，主刃不是位于半径射线上。这就是说，它通过k/2的偏移得到一个取决于半径的倾斜角λ。图2表示来自CAD数据和使用共焦的测量显微镜通过光学测量取得的钻头几何形状分析。
钻孔分布在同心扇区
为了能够在分析当中顾及到沿钻头刃边的钻刃的几何形状变化，钻孔可以划分为同心扇区(见图3)。若简单地假设为在一个扇区内的切割性能是恒定的，那么来自一系列采用相应刀刃几何形状和切削数据的试验中的数据，必须也能换算到钻孔上。其切削力是全钻孔在所有扇区上的总和。 
由于对划分扇区制订模型的思路还需要利用按照钻头调整过的刀刃几何形状和切削数据进行大量的车削试验，因而需要研发一种新的模型，它可以从车削的正交基准切削中推导出钻头上的力和力矩。为此，必须了解刀刃上的各种角和切削速度对力的影响。为了对钻孔过程建立模型，首先要测算出这些参数对特定的切削力和进给力的影响。根据半径的容积份额各有不同Kienzle公式通过求和计算出全钻孔的相应力。为了确定模型的参数需要在车和钻的加工试验中进行大量的测量。为此，在一台NC车床的刀具转塔上每一个加工站点安装一个Kistler切削力测力计Typ 9121和一个Kistler钻孔平台Typ 9271A(见图4)。这些试验可以在不同的冷却润滑条件下来进行。计算切削和进给力的基础是Kienzle方程，该方程分别以特定的切削力和进给力与切削面积的乘积来表示
刀刃几何形状影响切削力
众所周知，特定的切削力和进给力在很大程度上取决于刀刃几何形状，而刀刃几何形状在钻头上是沿半径变化的。因此，必须在第一步中，从0切削角的正交车试验和从使用麻花钻头的钻孔试验中测出切削角和倾斜角之比的依存关系。例如，给出了从测量中求出的车削和钻孔的主刀刃上切削力的比值。这些值可以通过切削角γ(r)和倾斜角λ(r)的校正因数互相换算。与车削的切削能力相比，钻孔的切削能力也可以用系数AC或BC加以表示。横刃的换算与此类似。
按照Kienzle求切削力的公式
根Kienzle的力公式，第二步中可以用前面确定的kc1.1(r)的值测定主刃和横刃上的切削力。同时，还要考虑到使用横刃时切削容积的校正。这种校正符合这样一个事实：钻头在这个部位的切削体积构成尖锐的圆形扇区，而不是车削形成的方形。
横刃区发生变形
完全钻孔的切削力是在考虑到作用半径的情况下主刃和横刃切削力的总和。以车时的测量数据和为钻孔而计算出的切削力或进给力比和在钻孔时测量的力为基础，表明了作为进给函数的误差。因此，尤其是在横刃区，也就是在钻头的中心，这里的切削速度非常低，还需要对那里发生变形过程的分力做出模型。 
钻头的保养
1、在钻削钢件时，请保证充分的冷却量并使用金属切削液。 　
2、良好的钻杆钢性与导轨间隙能提高钻孔的精度及钻头的寿命。 　
3、请确保磁座与工件之间的平整与清洁。 　
4、钻薄板时，要将工件加固，钻大型工件时，请保证工件的稳固 。 　
5、在钻孔开始与结束时，进给量应降低1/3 。 　
6、对钻削时出现大量细小粉未的材料，如铸铁、铸铜等，可以不使用冷却液，而采用压缩空气帮助排屑。 　
7、请及时清除缠绕在钻体上的铁屑，以保证排屑顺畅 。