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永不凋谢的麻花

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浏览:- 发布日期:2016-11-04 11:00:17【

柯博士刀具漫谈系列之一:

永不凋谢的麻花-漫谈麻花钻百年不倒的辉煌

阿诺精密切削技术有限公司 柯亚仕 博士

 麻花钻,顾名思义,这种钻头看上去象天津的名吃--麻花。它的正式名字叫“螺旋槽钻头”,是应用极为普遍的钻孔工具,每年仅我国出口高速钢麻花钻就有十多亿支!如果把全球每年生产的所有麻花钻统计在一起,不管是工业用的还是家用DIY的,大概不会少于65亿支。也就是说,平摊起来,地球上每人每年要消耗一支麻花钻呢!  

在金属加工领域,一百多年来我们对麻花钻的热情和钟爱始终没有减弱。

尽管有文献记载在1820年就存在有关麻花钻应用的事实,但真正把麻花钻作为商品的却公认是在1864年,由美国机械师莫氏(Stephen A. Morse)发明并生产推广。图示就是当年莫氏申请麻花钻专利的照片,这也是至今能得到的有关麻花钻的最早图片。

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莫氏的麻花钻专利照片

发明麻花钻之前的钻头很简单,大多象现在的扁钻,顶端有二条刃,背部磨平用于排屑。记得小时侯家里请木匠来做家具时,当时木匠就用这种钻头在木料上钻孔。这也是我所接受的有关孔加工的第一次启蒙教育。

140多年前,莫氏在钻头二条切削刃的前刀面处首次划时代地磨成圆弧槽,保留其背部的其它部分。该槽沿着刀体外周螺旋状似的伸向钻头柄部,这样,钻孔时刀刃处切削产生的切屑就可以顺着槽轻易地被排到孔外。因为这种钻头的外形酷似小吃摊上的麻花,所以在中国就顺理成章地被叫做麻花钻。

与以前的钻头相比,麻花钻的刚性和排屑性能等大大提高,这样,孔的深度、精度以及加工效率也经历了历史性的飞跃。

莫氏是一位很有商业头脑的机械师,深知他的发明将是金属孔加工领域的一次革命,所以很快在马萨诸塞州的小镇New Bedford成立了公司,大量生产麻花钻。为了更好地解决麻花钻的夹持问题,他又开发了莫氏锥柄。莫氏锥柄很快成为美国的标准,也很快被全球的工业界所接受。这相对次要的、但至今还在工厂里被大量使用的莫氏锥柄反而是人们知道莫氏这位伟人的主要来处。

于1877年在美国费城举办的百年展览会上,莫氏的刀具赢得了国际工业界的很大关注,他生产的麻花钻很快畅销全美,还大量销往英国、德国和俄罗斯等欧洲大陆。直到今日,我们在市场上依然可见这家具有140多年悠久历史公司生产的麻花钻。

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1893年某德国公司产品样本中的麻花钻图

麻花钻就这样迅速地发展起来了。不久,欧洲也开始生产麻花钻。至今,在市场上经常见到的德国品牌如Hartner, Stock, Guehring等公司就是在十九世纪八、九十年代成立的。可要知道,麻花钻的发明和高速钢材料的发展为当时军工产品的升级和换代发挥了重要作用。如果没有这些产品,那么在第一次世界大战、第二次世界大战里使用的武器就没有那么准确和坚固。品质不断提高的麻花钻为工业革命以及现代工业的发展立下了汗马功劳!

也许大部分人都会惊奇的发现,图片中的麻花钻怎么与目前市场上见到的麻花钻从外形上几乎一样!140多年过去了,尽管我们做了许多重大的改进,但是,在麻花钻的外形和构造上我们改动得很少。这好象是他造好了大厦,我们无非只是在他的大厦里不断地改进装修罢了。我们不得不佩服莫氏的功力啊。

但是,140多年来麻花钻的性能还是经历了翻天覆地的变化。

首先,刀具材料的迅速发展为麻花钻性能的大大提升提供了结实的基础。从工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷发展到超硬材料(PCD、CBN等),刀具材料的每一次重大进展都让麻花钻的性能提高了一大截。同样加工钢件,一百多年前麻花钻的切削速度可能只能达到3米/分,而现在的硬质合金涂层麻花钻可达150米/分,陶瓷麻花钻甚至可达300米/分!

首先,刀具材料的迅速发展为麻花钻性能的大大提升提供了结实的基础。从工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷发展到超硬材料(PCD、CBN等),刀具材料的每一次重大进展都让麻花钻的性能提高了一大截。同样加工钢件,一百多年前麻花钻的切削速度可能只能达到3米/分,而现在的硬质合金涂层麻花钻可达150米/分,陶瓷麻花钻甚至可达300米/分!

S刃型、波型刃、山尖钻、多槽钻、双棱边、增减螺旋角等等只是改善麻花钻钻孔性能的一些具体措施。1953年,当时我国的优秀技工倪志福带领团队开发了一种含三尖七刃的麻花钻头。这种能大大提高钻削性能的麻花钻后来被称为“群钻”。在现代金属加工中,麻花钻的槽形、刃形、倒锥、横刃修磨类型、刃口处理等细节都必须根据机器性能、工件材料和孔的设计要求而进行优化设计。

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2005年阿诺刀具样本中有关麻花钻产品的照片

众所周知,孔加工是金属加工中最难的工艺之一。不只是因为它是成型加工,更是因为钻孔过程中切削刃深藏在孔内,为切削刃的冷却、断屑和排屑增加了很多困难,尤其是深孔加工。 尽管在工业化过程中也不断地被开发出新的孔加工刀具以满足特殊的孔加工要求,但是,麻花钻自始至终是现代金属孔加工中的主力军,也从没离开过她的辉煌。可以这么说,只要有金属加工工业的存在,就有麻花钻的存在。

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