實(shí)體材料上鉆孔的刀具主要是麻花鉆，但麻花鉆存在很多固有的缺點(diǎn)：（1）在麻花鉆上須做出螺旋槽，槽做得越深越寬，越易排屑，但為保證鉆頭有足夠的強(qiáng)度和一定的鉆芯厚度，從而限制了做大做深螺旋槽。由于存在鉆芯，在鉆頭頂端必然會(huì)形成橫刃，它因不能正常切削而是括擦擠壓工件，故產(chǎn)生巨大的軸向力，消耗很多機(jī)床動(dòng)力，且不易定心鉆進(jìn)。（2）螺旋槽面構(gòu)成麻花鉆主刀刃的前刀面，主刀刃各處的前角是不同的，故刀刃各點(diǎn)切削條件不同，損傷形態(tài)也不同。（3）主刀刃長(zhǎng)，故切屑寬，刃上各點(diǎn)因切削速度大小與方向均不同，對(duì)切屑卷曲排出不利。（4）外圓刃帶處（副刀刃）副后角為零，而該處切削速度又zui高，因此散熱條件差，易磨損。
傳統(tǒng)鋁材加工鉆頭
為此，我國(guó)曾在20世紀(jì)50～60年代創(chuàng)造了倪志福鉆頭，后稱(chēng)群鉆。它對(duì)原有高速鋼麻花鉆頭部進(jìn)行了很大的改進(jìn)，進(jìn)步了定心鉆進(jìn)功能，大大增加了切削效率。由于各種工件材料被切削性能不同，針對(duì)不同被加工材料又創(chuàng)造了一系列群鉆。硬質(zhì)合金麻花鉆普遍使用后，材料硬脆、難以加工改進(jìn)外形，各至公司為進(jìn)步麻花鉆切削效率，在麻花鉆結(jié)構(gòu)與修磨上作了很多改進(jìn)。如三菱公司在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的zetl鉆頭基本系列，對(duì)鉆頭頂端己進(jìn)行了x形修磨，使橫刃趨近于零，軸向力大大下降，后刀面磨出三重后角，使定心方便；不需預(yù)鉆導(dǎo)孔即可直接鉆進(jìn)，重磨也很方便。此外，制出雙螺旋內(nèi)供冷卻液孔，使切削溫度下降，排屑改善，使用壽命，可鉆削深度增加。近期，三菱公司又開(kāi)發(fā)出wstar系列鉆頭，對(duì)構(gòu)成前刀面的螺旋槽外形、主刀刃外形、前角分布、頂角等進(jìn)行了很多革新，使切屑易卷曲、排出，三向切削力（fx、fy、fz）降低，切削動(dòng)力減少15%，而鉆頭自身的彎曲剛性與扭轉(zhuǎn)剛性卻分別進(jìn)步了20%和30%。
鋁材的特點(diǎn)是質(zhì)量輕，耐腐蝕，電阻小，非磁性，可良好地反射光與熱，加工性好，易回收。切削加工時(shí)的優(yōu)點(diǎn)為切削速度可比鋼快4倍以上，因刀具磨損小，故可長(zhǎng)期連續(xù)加工，切削條件適用范圍廣，既適用于輕切削（ap=0.5～1.5）又適用于重切削（ap=2.0～10），加工時(shí)消耗動(dòng)力少，使材料從變形到切離，耗功率少，加工精度高，10μm的精度很輕易達(dá)到。因切削力低，故可不苛求機(jī)床的剛性。但切削加工時(shí)也存在一些缺點(diǎn)：如加工表面易損傷，會(huì)天生變質(zhì)層；加工中因切削力、夾緊力的存在，易使工件變形、振動(dòng)；切屑易伸長(zhǎng)，切屑處理性差；切屑易熔結(jié)在刀刃上，使加工表面質(zhì)量差，產(chǎn)生毛刺；刀刃若磨損，會(huì)造成表面質(zhì)量惡化。故后刀面稍有損傷即應(yīng)重磨或更換刀頭或刀片；熔結(jié)物被后續(xù)加工沖擊脫落時(shí)也會(huì)造成刀刃缺損，因此加工中應(yīng)大量使用切削液。
mns系列鉆頭
針對(duì)鋁材的特點(diǎn)，三菱公司在mws（wstar系列）鉆頭的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了適鋁材加工的mns系列鉆頭。mns新型鋁材加工用鉆頭，具有4個(gè)內(nèi)供冷卻液孔，在主刀刃螺旋槽面等方面作了改進(jìn)，可以大大進(jìn)步加工效率。它具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1螺旋槽面外形與主切削刃外形
近代鉆頭的主要材料是超微粒硬質(zhì)合金，它的結(jié)構(gòu)外形可通過(guò)模具壓制燒結(jié)形成。因此，難加工的復(fù)雜螺旋槽面外形可以方便地通過(guò)模具制成。螺旋槽面構(gòu)成鉆頭的前刀面，頂面構(gòu)成鉆頭的后刀面。復(fù)雜特形的螺旋槽面構(gòu)成復(fù)雜特形的前刀面，前刀面和后刀面的交線(xiàn)是主刀刃，復(fù)雜特形的前刀面與后刀面的交線(xiàn)構(gòu)成復(fù)雜特形的主刀刃，mws與mns的主刀刃如圖1所示。主刀刃形成波形，靠近中心的凹形刃比一般鉆頭近中心部的刀刃切削鋒利性大大進(jìn)步，而靠近外圓的凸形刃比一般鉆頭該處的強(qiáng)度又大大進(jìn)步。
圖2顯示了新舊型麻花鉆主刀刃各處前角的變化，可以看出，舊麻花鉆在近外圓處，前角達(dá)+30多度，該處切削速度zui高，前角過(guò)大，刀刃弱易損傷。新型mns和mws在外圓處由于螺旋面突出形成凸刃，使前角減少至25°左右，從而使該處強(qiáng)度比一般鉆頭高，不易損壞，而在近中心部，螺旋面凹進(jìn)形成凹刃，可使該處前角增大，比一般舊鉆頭該處鋒利，從而*了鉆頭的切削性能；橫刃題目主要通過(guò)x形修磨來(lái)解決。
mns型鉆頭螺旋槽面三維外形的設(shè)計(jì)，除考慮進(jìn)步切削性能的凸刃與凹刃設(shè)計(jì)外，還要考慮到如何促使延展性好，使易粘結(jié)的鋁切屑順利卷曲排出。從圖1可以看出，螺旋槽面在近主刀刃處，曲率半徑r設(shè)計(jì)的較小，在離開(kāi)主刀刃處，r設(shè)計(jì)的較大；mns型比一般鐵鋼材料加工用的mws型槽更寬。在槽長(zhǎng)中心部分的截面，為使在槽中集結(jié)的切屑不擁擠堵塞利于排出，槽面設(shè)計(jì)得更寬更平坦。
2具有4個(gè)內(nèi)供冷卻液孔
一般內(nèi)冷鉆頭有2個(gè)內(nèi)供冷卻液孔，mns針對(duì)易粘結(jié)鋁材，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造了4個(gè)內(nèi)供冷卻液孔，如圖3所示。
通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算在一定液壓情況下可顯示出液流流經(jīng)路程，到達(dá)范圍，以此設(shè)計(jì)出公道的孔徑、孔型與分布。圖3顯示了4孔與2孔型鉆頭在這方面的比較。
一般同樣類(lèi)型的鉆頭，外冷鉆頭只可鉆2～3倍直徑深度的孔，內(nèi)冷鉆頭可鉆5～8倍直徑甚至10～30倍直徑深度的孔。這是由于改善鉆削冷卻潤(rùn)滑與切屑熔敷粘結(jié)，使切屑易排出所致。
mns型新型鋁材加工用鉆頭，尺管鋁材易粘結(jié)，但也可連續(xù)進(jìn)給鉆l/d=30深的孔，圖4為其示例，其切削條件為：
工件材料：adc12；加工孔深：180mm（l/d=29）；切削速度：100m/min；切削液供給壓力：0.5mpa（內(nèi)部冷卻）；使用機(jī)床：立式中工中心；加工導(dǎo)孔用鉆頭：mas0600mb；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量：0.4mm；使用刀具：φ6.0-l/d=30鉆頭；導(dǎo)孔深度：18mm；冷卻方式：半干式加工（m、q、l）。
由圖4可知，mns型鉆頭鉆深孔時(shí)，切削動(dòng)力穩(wěn)定，且加工質(zhì)量高。
a6082是展延性很好的鋁材，這種材料切屑更易熔敷粘結(jié)在鉆頭上，即使用mns型鉆頭鉆使這樣的材料，也能穩(wěn)定鉆出l/d=20深的孔。
圖5是上例在不同進(jìn)給速度與切削速度下，切削動(dòng)力的波動(dòng)情況與斷屑情況，其切削條件為：
工件材料：a6082；加工孔深：100mm（l/d=18）;冷卻方式：水溶性切削液；使用機(jī)床：立式加工中心；加工導(dǎo)孔用鉆頭：mas0550mb;切削液供給壓力：1mpa（內(nèi)部冷卻）;使用刀具：mns0550x20db（l/d=20）;導(dǎo)孔深度：15mm?？梢?jiàn)在這3種情況下，切削動(dòng)力消耗均穩(wěn)定，斷屑與排屑性能也一直保持得很好。
3可實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給加工
結(jié)合mns鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鋁材特性，可能實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給加工。如一般的硬質(zhì)合金φ6內(nèi)冷鉆頭通常推薦每轉(zhuǎn)進(jìn)給量是0.2～0.5mm，而mns同直徑鉆頭可達(dá)1mm甚至更高。在f=1.0上下時(shí)，扭矩、軸向力呈大致線(xiàn)性關(guān)系，較穩(wěn)定。切削速度若選200m/min，這樣計(jì)算出轉(zhuǎn)速可達(dá)10610r/min，進(jìn)給量可達(dá)10000mm/min以上，這樣的切削效率是很驚人的。
結(jié)束語(yǔ)
zui廣泛使用的麻花鉆具有固有的缺點(diǎn)和不足，中外各公司技術(shù)工作者都在千方百計(jì)地想法改進(jìn)它。通過(guò)模具燒結(jié)制成的硬質(zhì)合金鉆頭，針對(duì)不同的加工材料，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)外形優(yōu)化，應(yīng)具有更大改進(jìn)空間。