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        硬质合金整体钻头的演变

        日期:2016年12月22日 13:37

        硬质合金整体钻头的演变

        优美的曲线设计中隐藏着

        挑战时代需求的历史

        上世纪80年代,推出业界首创的硬质合金整体钻头“ZET1钻头”,现在三菱综合材料的主力产品“WSTAR钻头”就是它的后继产品。本期将对硬质合金整体钻头的发展进步进行追踪。

         

        part 1 改变钻头性能常识的“ZET1钻头

         

              上 世 纪 8 0 年 代 后 期 , 各 行 各 业 使 用 的 钻 头 的 主 流 是 辊 光 钻 头 和 高 速 钢 钻 头 。三 菱 综 合 材 料 着 手 开 发 的 ,则 是“ 硬 质 合 金 整 体 钻 头” 。当 时 市 场 上 已 经 有 了 硬 质 合 金 焊 接 钻 头 ,但 由 于 技 术 上 的 原 因 ,仅 限 于 大 直 径 钻 头 。 当 时 ,我 们 已 经 预 见 到 硬 质 合 金 小 径 钻 头 的 时 代 必 定到 来 ,因 此 就 在 一 个 只 能 算 作 简 易 棚 的 制 作 所 的 角 落 里 开 始 了 开 发 工作 。 首 先 ,为 了 制 作 出 小 径 钻 头 ,不 能 采 用 焊 接 , 必 须 是 整 体 钻 头 。但 是 ,当 时 很 多 数 据 还 需 要 手 动 进行 计 算 ,例 如 理 想 的 槽 形 状 的 设 计 、切 刃 形 状 的 设 计 等 等 , 不 断 重 复 着 测 试 和 失 败 。 换 言 之 ,就 是 说 现 在 已 经 很 普 遍 的 以 数 据 及 模 拟 为前 提 的 产 品 开 发  在 当 时 都 是 不 可 能 的 ,只 能 靠 技 术 人 员 的 经 验 和 感 觉 来 进 行 。经 过 数 年 的 开 发 ,终 于在1 9 8 7 年 诞 生 了 业 界 首 创 的 硬 质 合 金 整 体 钻 头“ Z E T钻 头” 。

              当 时 , 市 场 上 约 7 成 的 客 户 还 在 使 用 高 速 钢 钻 头 ,但 我 们 对 硬 质 合 金 整 体 钻 头“Z E T1 钻头”很 有 信 心。相 比 以 往 产 品 , 它 的 加 工 效 率 提 高 了 5 倍 、工 具 寿 命 延 长 了1 0 倍 ,切 屑 排 出 稳 定 ,加 工 性 能 优 异 ,可 以 说 实 现 了 质 的 飞 跃 。 然 而 , 现 实 与 期 望 正 好 相反 , 销 售 情 况 并 不 乐 观 ,原 因 之 一 就 是 价 格 。与 高 速 钢 钻 头 相 比 , 价 格 相 差 了 约 3 0 倍 ,以 前 只 需 5 0 0 日 元 的 产 品 ,现 在 要 花 1 5 , 0 0 0 日 元 。虽 然 最 终 每 个 孔 的 费 用 会 下 降 ,而 且 生 产 效 率 也 会 提 高 , 但 价 格 方 面 还 是 很 难 让 客 户 接 受 硬 质 合 金 整 体 钻 头 的 优 势 。 还 有 一 个 理 由 就 是 硬 质 合 金 整 体 钻 头 的 使 用 方 法 和 加 工 方 法 还 不 为 人 熟 知 ,必 须 从 头 开 始 进 行 使 用 方 法 的 培 训 。当 时 引 进 能 使 用 硬 质 合 金 整 体 钻 头 的 无 停 顿 加 工 机 床 的 客 户 还 不 多 , 机 床 制 造 商 也 一 起 帮 我 们 向 客 户 进 行 使 用 方 法 的 说 明 。很 多 报 告 说 有 些 客 户以 使 用 高 速 钢 钻 头 的 方 法 来 使 用 硬 质 合 金 整 体 钻 头 , 结 果 发 生 了 崩 刃 ,因 此 我 们 向 每 个 客 户 都 提 供 了 详 细 的 信 息 ,所 以 硬 质 合 金 工 具 的 配 合 方 法 也 需 要 教 给 客 户 。这 种 附 带 知 识 普 及 的 销 售 活 动 非 常 花 时 间 ,但 通 过 这 些 切 实 的 活 动 , 终 于 将 “Z E T 1 钻 头 ” 在 以 汽 车 行 业 为 中 心 的 广 大 客 户 间 普 及 了 。现 在 回 想 起 来 ,经 过 这 些 辛 苦 ,终 于 获 得 了 客 户 对 产 品 优 点 的 理 解 和 对 我 们 的 赞 许 ,这 种 成 就 感 到 现 在我 还 记 忆 犹 新。

         

         

        ZET1钻头

        高速钢钻头

        加工效率

        5倍
        (F=500mm/min.)

        F=90mm/min.

        刀具寿命

        30m/reg

        3m/reg

        加工孔精度

        30μm
        (螺纹底孔直径Ds=D+0.1)

        50μm以上
        (多边形)
         

        经济性

        1/2
        (6.5日元/孔)

        13.9日元/孔

        操作性


        (细切屑)
         

        不安全
        (长切屑)
         

        加工方法

        无级

        中心孔+步进

        刃形

        芯厚

        直线刃型定点

        使用机械

        芯厚 直线刃型定点
        横刃修磨

        芯厚薄的横刃
         

        刀柄

        弹簧夹头

        弹簧夹头 三爪夹头 等

        切削油

        乳液(30倍)

        乳液 油性

        刃口修磨

        0.05~0.10×30°

        再研磨

        万能磨床

        万能磨床 简易机 等

        工件形状

        平坦面(倾斜5°以上,间歇,圆筒侧面,不可镗孔)

        平坦面(倾斜5°以上,间歇,圆筒侧面,不可镗孔)

        被削材料:SCM440
        (HB230)
        刀具直径:φ 8.0
        加工深度:24mm

        V=50m/min.
        f=0.25mm/rev.
        F=498mm/min.
        工具费=15,000日元
         

        V=15m/min.
        f=0.15mm/rev.
        F=90mm/min.
        工具费=5,00日元

         

         

         

        硬质合金整体钻头的前进步伐

         

          part 2 超越ZET1、华丽变身的WSTAR钻头

         

                      “Z E T 1 钻 头 ” 的 诞 生 至 今 已 有大 约1 0 年 。 硬 质 合 金 整 体 钻 头 已经 在 业 界 普 及 , 包 括 其 他 公 司 产 品 在 内 的 很 多产 品 陆 续 上 市 。Z E T 1钻 头 面 临 着 进 一 步 改 良 的 要 求 , 如 何 改 良 就 成 了 开 发 团 队 需 要 解 决 的 难 题 。 当 时 , 开 发 部 长 给 我 们 提 出了 以 下 建 议 。 “ 先 不 厌 其 烦 地 切 削 柠 檬 香 皂 试 试 看 ” 。 从 那 天 起 , 我 们 就 手 动 操 作 本 公 司 和 其 他 公 司 的钻 头 , 在 大 量 的 柠 檬 香 皂 上 钻 起 了 孔 。 这 样 , 在 哪 里 遇 到 阻 力 、 切 屑 如 何 排 出 等 问 题 均 通 过 手 感 获 得 了很 多 发 现 。 由 此 ,将 Z E T 1 钻 头 的 切 刃 从 直 线 型 转 变 为 曲 线 型 的 想 法 诞 生 了 。 以 前 从 未 有 过 的 波 形 刀 刃 能 变 为 处 理 食 材 的 食 品 加 工 机 , 从 它 刀 刃 大 胆 的 曲 线 中 得 到 启 发 , 并 经过 反 复 测 试 和 挫 折 , 终 于 创 造 出 了 采 用 独 特 波 形 切 刃 的 硬 质 合 金 整 体 钻 头 “W S T A R 钻 头 ”  。 

              采 用 波 形 切 刃 和 新 的 槽 形 状 ,可 以 生 成 更 小 的 切 屑 , 并 使 切 屑 的 排 出 更 顺 畅 。 此 外 , 采 用 定 心度 更 优 异 的 尖 端 形 状 , 则 实 现 了更 高 的 孔 位 置 精 度 。M I R A C L E 涂 层V P 1 5 T F 的 采 用 进 一 步 延 长 了 刀 具 寿 命 。 这 样 ,2 0 0 2 年 面 市 的“W S T A R 钻 头 ” 以 其 卓 越 的 定 心 度 、 长 寿 命 至 今 仍 获 得 很 多 用 户 的 喜 爱。

         

        part 3 性能更优异的WSTAR钻头系列

         

           2 0 0 6 年 以 后 ,“ W S T A R 钻头” 随 着 新 时 代 的 市 场 需 求 继 续 发展 改 进 。 我 们 根 据 市 场 需 求 扩 大 了 系 列 产 品 阵 容 , 除 了 以 碳 素 钢 、 合 金 钢 为 主 要 对 象 的 通 用 型( M W E /M W S 型) , 还 推 出 了 专 用 于 铝 合金 、 高 硬 度 钢 、 不 锈 钢 、C F R P材 料 等 不 同 被 切 削 材 料 的 专 用 型( M N S 型 、M H S 型 、M M S 型 、M C S型) 、 以 及 高 精 度 型( M Q S 型) 、 长径 比L / D = 3 0 的 深 孔 加 工 型( 超 长) 等满 足 不 同 需 求 的 产 品 , 每 个 产 品 都 凝 聚 着 三 菱 综 合 材 料 独 有的 技术 和创 意 。例 如 , 为 铝 合 金 加 工 而 开 发的“ M N S 型” 钻 头 。 为 了 能 实 现 易 附 着 切 屑 的 钻 头 中 心 附 近 的 精 准 润滑 , 我 们 从 汽 车 的 照 明 灯 中 获 得 了启 示 。 通 过 与 制 造 技 术 组 的 合 作 ,我 们 打 破 了 以 往 的 双 孔 结 构 , 开 发 出 世 界 首 创 的4 个 冷 却 孔 的 钻 头 。在 该 技 术 的 基 础 上 , 我 们 又 在2 0 1 3年 推 出 的 通 用 硬 质 合 金 整 体 钻 头“ M V E / M V S 型” 中 应 用 了 需 要 超 高 精 度 制 造 技 术 的 独 创 的“ T R I -C o o l i n g ” 冷 却 孔 技 术 。 流 量 的 大 幅 度 增 加 , 使 得 冷 却 性 、 润 滑 性 、 切 屑 排 出 等 钻 头 自 身 的 性 能 通 过 改 善 冷 却 孔 设 计 得 以 提 高 。 此 外 , 钻 头 专 用 的P V D 涂 层 材 料( D P 1 0 2 0 ) 使 得 钻 头 在 更 多 被 切 削 材 料 中 实 现 了 长 寿 命 。 作 为 满 足 新 时 代 需 求 的 硬 质 合 金 整 体 钻 头 , 该 系 列 产 品 将 继 续 活 跃 在 时 代 的 舞 台 上 。

                     

         

         三菱综合材料技术和努力的结晶

         

        “内冷钻头毛坯的制造技术”

         

        内冷钻头毛坯的制造开始于1988年。这27年来,冷却孔的形状不断进化,这均得益于材料制造技术的发展。下面就给大家介绍一下内冷钻头毛坯的制造工序。

         

        工序1:原料

        硬质合金产品使用的主要原料为钨。这是非常重的物质,粒子非常细微,沙沙流动的样子有一种液体般的美感。

        工序2:挤压

        将原料粉末装入挤压机进行挤压。完成品看上去就像一个“扭曲的条棒”,但其内部此时已经开好了螺旋状的冷却孔。这道工序的重点是孔位置的精确性。该孔为螺旋形,位于无论从钻头任何位置看距离外侧的厚度均相同的位置。在柔软的原料状态下,如何保持导程长度稳定,依靠的是长年反复测试和失败中形成的制造技术。

        工序3:成形加工

        进行预备烧结,在强度与粉笔差不多时,开出钻头的螺旋状槽。当然开槽时不会碰到内部的冷却孔,这采用了沿着螺旋状槽开孔的先进技术。

        工序4:烧

        进行高温烧结。 经过烧结后体积会缩小一半,比重增加2倍。因此,开孔时就已经充分考虑到了孔的大小及位置受该收缩率影响的因素。

        工序5:最终检查

        除了必不可少的弯曲等不良检查,还要全数检查冷却孔在烧结收缩后是否符合计算要求。只有检查结果全部合格的材料才能被加工成产品。

        小径、长型内冷钻头毛坯近年来的需求越来越旺,材料制造的难度也逐年加大。例如,超小径钻头本身就很细,槽的厚度也非常狭小,因此对孔位置和间距精度就提出了更高的要求。长型钻头也一样,如何获得稳定的导程长度非常重要,其制造技术也日益进步。内冷钻头毛坯的冷却孔形状一般都是圆形的,三菱综合材料为了提高钻头的性能,开发、制造出了与以往双圆孔形状不同的冷却孔,如4孔、三角孔等。根据不同的被切削材料使用不同的冷却孔形状,只有三菱综合材料一家企业能够做到。由于钻头和毛坯工厂都在同一个厂区内,才使得各种形状的冷却孔成为可能,这是两家企业强强联手、经过不懈努力而实现的。这三种形状的冷却孔中凝聚了三菱综合材料独有的从材料到制造的技术精华,包含着他们的自信和骄傲。

         

         打开整体钻头的历史

         

        开发总部

        钻头·超高压开发组组长

        柳田 一也

         

        “Z E T 1 钻头”的诞生至今已有大约30年。回顾硬质合金整体钻头的发展历程,由于我们是从毛坯到成品能够进行一条龙开发、制造的厂家,因此可以将市场需求直接传递到所有工序,使得开发团队能够团结一心为创造新产品而努力。今后,我们仍会以灵活的创新意识继续开发新形状、新材质的产品 ,不断创新 、 继续前进。

        所属类别: 产品资讯

        该资讯的关键词为:硬质合金  ZET1钻头