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最近在德國(guó)金屬加工行業(yè)所做的一項(xiàng)調(diào)查表明，鉆削加工是機(jī)械加工車間耗時(shí)較多的工序。事實(shí)上，在所有的加工工時(shí)中，有36％消耗在孔加工操作上。與此對(duì)應(yīng)的是，車削加工耗時(shí)為25％，銑削加工耗時(shí)為26％。
因此，采用高性能整體硬質(zhì)合金鉆頭取代高速鋼和普通硬質(zhì)合金鉆頭，能夠大幅度減少鉆削加工所需的工時(shí)，從而降低孔加工成本。
過(guò)去幾年來(lái)，切削加工參數(shù)（尤其是切削速度）在不斷提高，特別是高性能整體硬質(zhì)合金鉆頭的切削速度提高明顯。20年前，整體硬質(zhì)合金鉆頭的典型切削速度為60～80m/min。如今，在機(jī)床能夠提供足夠的功率、穩(wěn)定性和冷卻液輸送能力的條件下，采用 200m/min的切削速度鉆削鋼件已不足為奇。盡管如此，與車削或銑削加工的一般切削速度相比，鉆削加工在加工效率上還有很大的提高潛力。
整體硬質(zhì)合金鉆頭對(duì)于基體的韌性要求很高，而鉆頭的磨損在可控和均勻穩(wěn)定的情況下是可以接受的。因此，典型的鉆削刀具牌號(hào)比車削或銑削刀具含有更多的鈷元素。
鉆頭材質(zhì)通常采用微細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，以提高切削刃強(qiáng)度，確保均勻磨損而不發(fā)生崩刃。用硬質(zhì)合金鉆頭加工時(shí)通常要使用水基切削液，因此切削刃處的溫度并不太高，但要求鉆頭具有抗熱沖擊性。性能較好的鉆頭牌號(hào)是典型的純碳化鎢材料，而無(wú)需大量添加碳化鉭或碳化鈦。
對(duì)于整體硬質(zhì)合金鉆頭而言，涂層必須發(fā)揮比僅僅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。涂層必須在刀具與工件材料之間提供隔熱層并保持化學(xué)惰性；必須將工件材料與涂層之間的粘結(jié)作用降至較低以減小摩擦；涂層表面必須盡可能光滑；此外，麻花鉆的涂層還必須具有抗裂紋擴(kuò)散能力。鉆削加工的動(dòng)力學(xué)特性可能會(huì)引起微裂紋，為了保持刀具壽命，就必須阻止裂紋擴(kuò)散。通過(guò)選擇正確的涂層工藝和生成適當(dāng)?shù)耐繉语@微結(jié)構(gòu)，可使涂層材料處于壓應(yīng)力狀態(tài)下，從而大幅度延長(zhǎng)刀具壽命。
采用多層涂層可以獲得良好的使用效果。多層涂層能阻止微裂紋在各層涂層之間擴(kuò)散，即使有個(gè)別涂層出現(xiàn)損壞和剝落，其它的涂層仍可對(duì)硬質(zhì)合金基體起到保護(hù)作用。對(duì)于鉆削刀具，采用納米涂層和精確定制涂層也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?span>
例如，一種頂層采用TiN的新型TiAlN納米涂層可使在鉆削加工不銹鋼時(shí)遇到的許多問(wèn)題迎刃而解。平滑的TiN頂層涂層可減小刀具與工件材料的粘結(jié)與摩擦，而下層的TiAlN納米涂層可為刀具提供硬度和耐磨性。這種涂層具有較好的防裂紋擴(kuò)散性和防熱震性，在鉆削不銹鋼時(shí)切削速度可達(dá)70～80m/min，幾乎是常規(guī)鉆頭的2倍。
為了充分發(fā)揮現(xiàn)代硬質(zhì)合金基體和表面涂層的優(yōu)異性能，就必須對(duì)鉆頭的幾何參數(shù)和鉆型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須根據(jù)加工用途對(duì)鉆尖、鉆尖角、刃帶形狀、切削刃制備、排屑槽型、排屑槽和刃帶的數(shù)量等進(jìn)行合理調(diào)整。
高效切削鉆頭一般都采用四種鉆尖幾何形狀中的一種。其中，帶橫刃的四面體鉆尖容易磨制，同時(shí)易于控制磨削公差，但它的中心余隙較小，當(dāng)進(jìn)給量較大時(shí)后刀面會(huì)與孔底接觸，因此影響進(jìn)給率的提高。
另一種是錐形鉆尖，與四面體鉆尖相比它的中心余隙較大，因此鉆削時(shí)產(chǎn)生的軸向推力較小，但這種鉆尖幾何形狀較為復(fù)雜，不易保證刀具制造和管理的一致性。除上述兩種鉆尖型式外，可供選擇的還有螺旋鉆尖，它又分為兩種不同類型：傳統(tǒng)的螺旋鉆尖帶有一個(gè)排屑槽，切屑可從中心部位排出；新型螺旋鉆尖則同時(shí)磨制出排屑槽和后刀面，從而可消除鉆削臺(tái)階，進(jìn)一步改善切屑流。由于這兩種鉆尖設(shè)計(jì)的中心余隙大于其它幾種鉆尖幾何形狀，因此具有很高的進(jìn)給能力。此外，新型螺旋鉆尖還具有高速切削能力，并能以較小的軸向推力進(jìn)行鉆削。這種鉆尖幾何形狀的缺點(diǎn)是制造鉆頭時(shí)所需的磨削工藝比較復(fù)雜。
在選擇鉆頭時(shí)，除刀具壽命和加工速度外，另一個(gè)需要考慮的主要因素是孔的加工質(zhì)量。近年來(lái)，如何減少毛刺成為關(guān)注的重點(diǎn)。去毛刺是一種典型的手工工序，加工成本很高，如果操作不當(dāng)，還可能引起嚴(yán)重問(wèn)題。
整體硬質(zhì)合金鉆頭在高速回轉(zhuǎn)和進(jìn)給時(shí)會(huì)對(duì)工件材料產(chǎn)生很大壓力。因此，采用常規(guī)的鉆型設(shè)計(jì)或鉆尖角度加工時(shí)，會(huì)在通孔的出口處產(chǎn)生較大毛刺。為解決這一問(wèn)題，較簡(jiǎn)單的方法是將鉆尖角增大到135°～145°，鉆尖角在此范圍內(nèi)的鉆頭可在孔的出口處產(chǎn)生一個(gè)圓盤，并使工件材料始終處于拉應(yīng)力作用下，使材料易于切削而不只是將其推出工件之外。切削刃制備、鉆頂?shù)估饧捌渌鼛缀螀?shù)優(yōu)化措施也會(huì)對(duì)減少毛刺起到很大作用。
在鉆削灰鑄鐵和延性鑄鐵時(shí)則會(huì)產(chǎn)生完全不同的問(wèn)題。這些材料脆性較大，在通孔的出口處更容易出現(xiàn)材料崩碎現(xiàn)象而不是形成毛刺。材料崩碎不僅會(huì)影響工件質(zhì)量，還可能導(dǎo)致鉆頭破損。專為鑄鐵加工而設(shè)計(jì)的鉆頂?shù)估饪梢允广@頭以非常平穩(wěn)的方式鉆出工件，并保持切削直至最后一轉(zhuǎn)，從而有助于避免材料崩碎現(xiàn)象的發(fā)生。
鉆尖設(shè)計(jì)需要根據(jù)排屑槽的幾何參數(shù)而不斷調(diào)整。切削刃數(shù)、橫刃厚度、排屑槽寬度、刃帶寬度等都是設(shè)計(jì)鉆尖時(shí)需要考慮的因素。此外，工件材料的影響也不容忽視。
在鋼件上鉆孔時(shí)，二槽麻花鉆通常是較好的刀具選擇。這種鉆頭使用方便，易于重磨，具有極好的容錯(cuò)性，足以將徑跳誤差減至較小，并能容忍機(jī)床和工件的不穩(wěn)定性。
具有2個(gè)以上排屑槽的鉆頭在鉆削大長(zhǎng)徑比的孔或在有內(nèi)應(yīng)力的工件材料（如鑄鋼）上鉆孔時(shí)具有性能優(yōu)勢(shì)。三槽鉆頭由于有3條刃帶和3個(gè)切削刃，因此在鉆削時(shí)具有更好的導(dǎo)向性和自定心能力。但由于此類鉆頭不能承受太大扭矩，因此只推薦用于加工灰鑄鐵和非鐵族材料。具有2個(gè)切削刃和4條刃帶的鉆頭也可作為一種可選刀具方案（尤其在需要刀具內(nèi)冷卻的情況下）。
具有4條刃帶的麻花鉆在加工鋼和鑄鐵材料時(shí)性能優(yōu)異，因?yàn)槠淙蒎e(cuò)性非常好，并能以超過(guò)單槽鉆頭約一倍的高進(jìn)給率進(jìn)行鉆削加工。這種鉆頭也是鉆削加工深度可達(dá)30倍孔徑的深孔的選擇刀具，其鉆削速度約為常規(guī)槍鉆的5倍。
對(duì)于鋁合金材料的加工，采用直槽鉆頭可獲得較好的鉆孔精度，并能以相對(duì)簡(jiǎn)易的方式加工出復(fù)雜的階梯孔型。直槽鉆頭的缺點(diǎn)是對(duì)刀具夾持精度要求極高，此類鉆頭對(duì)徑向跳動(dòng)、過(guò)高的切削速度和進(jìn)給率或較低的冷卻液壓力缺乏容錯(cuò)能力。
在鉆削加工（尤其是深孔鉆削）中存在一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，就是如果鉆頭在開始階段偏離了孔的中心線（跑偏），那么在后面的加工中就幾乎無(wú)法糾偏，刃帶將引導(dǎo)鉆頭沿偏心位置下鉆直至孔底。但由于鉆頭具有螺旋角，因此鉆出的孔也將呈螺旋形。為了避免出現(xiàn)這種問(wèn)題，重要的是必須有一個(gè)具有良好自定心能力的正確鉆尖。此外，改善鉆頭的導(dǎo)向性也有助于防止跑偏。2條刃帶的鉆頭在鉆削開始階段只能獲得25％的支撐，因此即使受到很小的力，也容易偏離中心向大多數(shù)方向移動(dòng)。而4條刃帶的鉆頭可以在所有方向上獲得支撐，因此能加工出具有更好圓度和圓柱度的孔。4刃帶鉆頭在非均勻鉆削或通孔鉆削中也能提供更佳的支撐性能，而此類鉆削作業(yè)在諸如液壓零件的加工中是十分常見的。
在如今的鉆孔加工中，排屑必須受到完全控制，而不是像過(guò)去那樣，只要操作者感到鉆削力加大，就可以隨時(shí)采用提鉆啄擊的方式。一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題是，從切屑在鉆尖處形成開始，就必須以一種可使切屑與排屑槽易于匹配的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)成屑和斷屑，并將切屑以較小的摩擦力順暢排出孔外。
鉆削加工的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理實(shí)際上有助于切屑的控制，由于鉆尖中心處的切削速度為零，因此切屑或多或少會(huì)在橫刃的周圍流動(dòng)，并將在排屑槽內(nèi)完全成形，只要排屑槽具有正確的幾何形狀，就很容易生成尺寸大小如一的切屑。此外，排屑槽直至兩端全部采用負(fù)的橫刃錐度并將槽壁表面磨光，也有助于形成自由切屑流，實(shí)現(xiàn)在受控狀態(tài)下進(jìn)行鉆削加工。
使用正確的鉆頭和合理的鉆削工藝參數(shù)，可以提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。但應(yīng)如何看待刀具成本呢？首先，這些先進(jìn)鉆頭幾何形狀與傳統(tǒng)鉆頭幾何形狀相比制造難度更大，因此一般來(lái)說(shuō)新型鉆頭的價(jià)格也比傳統(tǒng)鉆頭更貴。但是，這種新型鉆頭可以重磨4～5 次，雖然每一次重磨后刀具壽命會(huì)降低約10％，但仍然可能實(shí)現(xiàn)節(jié)省刀具費(fèi)用50％以上。
不過(guò)，每次重磨后引起的鉆頭壽命降低也可能帶來(lái)一些問(wèn)題。為了保證加工安全，只有具有高安全系數(shù)的鉆頭才能用于加工，因此用戶必須使用一套監(jiān)測(cè)跟蹤系統(tǒng)來(lái)及時(shí)更換重磨過(guò)的鉆頭。為解決這一問(wèn)題，方法是采用“用過(guò)即棄”式產(chǎn)品，但使用一次性的整體硬質(zhì)合金鉆頭通常很不經(jīng)濟(jì)。
一種新的模塊式鉆頭設(shè)計(jì)能夠有效避免上述問(wèn)題。這種鉆頭采用了可換式硬質(zhì)合金鉆尖，其切削性能和刀具壽命與高效整體硬質(zhì)合金鉆頭不相上下。鉆尖與鋼制鉆柄之間沒(méi)有采用螺紋連接或其它在小直徑鉆頭上難以操作的連接方式。
由于設(shè)計(jì)鉆尖時(shí)不必考慮重磨需要，因此可對(duì)鉆尖幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化，鉆尖的橫刃區(qū)采用了正前角，以減小切削力和改善自定心能力。由于合金鋼鉆體與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比剛性有所下降，因此采用正前角對(duì)鉆頭剛性進(jìn)行補(bǔ)償至關(guān)重要。
與常規(guī)硬質(zhì)合金鉆頭不同，模塊式鉆頭的排屑槽并非從前至后都采用相同的螺旋角，而是在排屑槽前部采用右手螺旋線以加速切屑流動(dòng)，在排屑槽后部則采用很小的負(fù)螺旋角，負(fù)螺旋角對(duì)于增加鉆頭的穩(wěn)定性和減小振動(dòng)特別有用，同樣，它對(duì)于補(bǔ)償鋼制鉆體的剛性降低也十分重要。
與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比，模塊式鉆頭的另一個(gè)不同之處是冷卻液的出口位于排屑槽內(nèi)，直接對(duì)準(zhǔn)切削刃的前刀面（整體硬質(zhì)合金鉆頭冷卻孔的出口則是在鉆尖側(cè)面），這種設(shè)計(jì)的重要性在于切削刃前刀面通常是加工溫度較高的區(qū)域，非常需要在切屑與刀具材料之間提供有效冷卻。這種冷卻孔設(shè)計(jì)在優(yōu)化冷卻效果的同時(shí)，還可對(duì)切屑產(chǎn)生一種熱沖擊作用，有助于改善切屑控制。由于鉆頭橫刃不直接暴露在冷卻液沖擊下，因而也有利于切屑在切削速度非常低的橫刃區(qū)成形。
除了刀具壽命一致性好以外，使用模塊式鉆頭的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是可以大大減少刀具存量。使用常規(guī)硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，由于有大量鉆頭經(jīng)常處于重磨再處理流程中，因此對(duì)鉆頭存量需求很大。使用一次性鉆頭則省去了重磨再處理流程，刀具存量就等于在機(jī)加工的鉆頭數(shù)量（或許再在工具架上預(yù)備少量備件）。
