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永不凋謝的麻花

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瀏覽:- 發布日期:2016-11-04 11:00:17【

柯博士刀具漫談系列之一:

永不凋謝的麻花-漫談麻花鉆百年不倒的輝煌

阿諾精密切削技術有限公司 柯亞仕 博士

 麻花鉆,顧名思義,這種鉆頭看上去象天津的名吃--麻花。它的正式名字叫“螺旋槽鉆頭”,是應用極為普遍的鉆孔工具,每年僅我國出口高速鋼麻花鉆就有十多億支!如果把全球每年生產的所有麻花鉆統計在一起,不管是工業用的還是家用DIY的,大概不會少于65億支。也就是說,平攤起來,地球上每人每年要消耗一支麻花鉆呢!  

在金屬加工領域,一百多年來我們對麻花鉆的熱情和鐘愛始終沒有減弱。

盡管有文獻記載在1820年就存在有關麻花鉆應用的事實,但真正把麻花鉆作為商品的卻公認是在1864年,由美國機械師莫氏(Stephen A. Morse)發明并生產推廣。圖示就是當年莫氏申請麻花鉆專利的照片,這也是至今能得到的有關麻花鉆的最早圖片。

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莫氏的麻花鉆專利照片

發明麻花鉆之前的鉆頭很簡單,大多象現在的扁鉆,頂端有二條刃,背部磨平用于排屑。記得小時侯家里請木匠來做家具時,當時木匠就用這種鉆頭在木料上鉆孔。這也是我所接受的有關孔加工的第一次啟蒙教育。

140多年前,莫氏在鉆頭二條切削刃的前刀面處首次劃時代地磨成圓弧槽,保留其背部的其它部分。該槽沿著刀體外周螺旋狀似的伸向鉆頭柄部,這樣,鉆孔時刀刃處切削產生的切屑就可以順著槽輕易地被排到孔外。因為這種鉆頭的外形酷似小吃攤上的麻花,所以在中國就順理成章地被叫做麻花鉆。

與以前的鉆頭相比,麻花鉆的剛性和排屑性能等大大提高,這樣,孔的深度、精度以及加工效率也經歷了歷史性的飛躍。

莫氏是一位很有商業頭腦的機械師,深知他的發明將是金屬孔加工領域的一次革命,所以很快在馬薩諸塞州的小鎮New Bedford成立了公司,大量生產麻花鉆。為了更好地解決麻花鉆的夾持問題,他又開發了莫氏錐柄。莫氏錐柄很快成為美國的標準,也很快被全球的工業界所接受。這相對次要的、但至今還在工廠里被大量使用的莫氏錐柄反而是人們知道莫氏這位偉人的主要來處。

于1877年在美國費城舉辦的百年展覽會上,莫氏的刀具贏得了國際工業界的很大關注,他生產的麻花鉆很快暢銷全美,還大量銷往英國、德國和俄羅斯等歐洲大陸。直到今日,我們在市場上依然可見這家具有140多年悠久歷史公司生產的麻花鉆。

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1893年某德國公司產品樣本中的麻花鉆圖

麻花鉆就這樣迅速地發展起來了。不久,歐洲也開始生產麻花鉆。至今,在市場上經常見到的德國品牌如Hartner, Stock, Guehring等公司就是在十九世紀八、九十年代成立的。可要知道,麻花鉆的發明和高速鋼材料的發展為當時軍工產品的升級和換代發揮了重要作用。如果沒有這些產品,那么在第一次世界大戰、第二次世界大戰里使用的武器就沒有那么準確和堅固。品質不斷提高的麻花鉆為工業革命以及現代工業的發展立下了汗馬功勞!

也許大部分人都會驚奇的發現,圖片中的麻花鉆怎么與目前市場上見到的麻花鉆從外形上幾乎一樣!140多年過去了,盡管我們做了許多重大的改進,但是,在麻花鉆的外形和構造上我們改動得很少。這好象是他造好了大廈,我們無非只是在他的大廈里不斷地改進裝修罷了。我們不得不佩服莫氏的功力啊。

但是,140多年來麻花鉆的性能還是經歷了翻天覆地的變化。

首先,刀具材料的迅速發展為麻花鉆性能的大大提升提供了結實的基礎。從工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷發展到超硬材料(PCD、CBN等),刀具材料的每一次重大進展都讓麻花鉆的性能提高了一大截。同樣加工鋼件,一百多年前麻花鉆的切削速度可能只能達到3米/分,而現在的硬質合金涂層麻花鉆可達150米/分,陶瓷麻花鉆甚至可達300米/分!

首先,刀具材料的迅速發展為麻花鉆性能的大大提升提供了結實的基礎。從工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷發展到超硬材料(PCD、CBN等),刀具材料的每一次重大進展都讓麻花鉆的性能提高了一大截。同樣加工鋼件,一百多年前麻花鉆的切削速度可能只能達到3米/分,而現在的硬質合金涂層麻花鉆可達150米/分,陶瓷麻花鉆甚至可達300米/分!

S刃型、波型刃、山尖鉆、多槽鉆、雙棱邊、增減螺旋角等等只是改善麻花鉆鉆孔性能的一些具體措施。1953年,當時我國的優秀技工倪志福帶領團隊開發了一種含三尖七刃的麻花鉆頭。這種能大大提高鉆削性能的麻花鉆后來被稱為“群鉆”。在現代金屬加工中,麻花鉆的槽形、刃形、倒錐、橫刃修磨類型、刃口處理等細節都必須根據機器性能、工件材料和孔的設計要求而進行優化設計。

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2005年阿諾刀具樣本中有關麻花鉆產品的照片

眾所周知,孔加工是金屬加工中最難的工藝之一。不只是因為它是成型加工,更是因為鉆孔過程中切削刃深藏在孔內,為切削刃的冷卻、斷屑和排屑增加了很多困難,尤其是深孔加工。 盡管在工業化過程中也不斷地被開發出新的孔加工刀具以滿足特殊的孔加工要求,但是,麻花鉆自始至終是現代金屬孔加工中的主力軍,也從沒離開過她的輝煌。可以這么說,只要有金屬加工工業的存在,就有麻花鉆的存在。

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