制造业是工业生产的基础行业，也是为各行各业提供生产仪器设备的关键性产业，制造业的综合技术水平集中体现了一个国家的综合工业实力。在制造业生产中，材料成型加工是一个重要的工艺环节，也是影响机械产品性能、质量的关键性因素。在材料机械加工中，车、铣、刨、磨、钻是最典型的加工方式，随着零部件复杂性的日益提高，钻孔加工在机械加工占据这越来越大的比例，目前来看，钻削加工所用的刀具主要还是高速钢，随着现代科学技术的迅猛发展，新型材料技术得到了快速普及，这其中颗粒增强效应极强的金属复合型材料、高性能半导体材料和高性能陶瓷材料尤为突出，这些材料在强度、刚度、耐热性和抗腐蚀能力上都比传统材料高出许多，能够适应各行各业的使用需求，但是却也给材料加工提出了新的挑战，如何发展新一代的难加工材料的钻削刀具，成为解决问题的关键所在。

 

　　1金刚石钻头发展概述

 

　　金刚石刀具最显著的特点就是其远超于其他刀具的硬度和耐磨性，金刚石刀具的切削刃锋利，而且在切削过程中不易粘结工件材料，快速加工中的热导率较高，因此，金刚石刀具在加工非金属类难加工材料时具有天然的优势，目前在高难度材料加工领域也得到了广泛的应用，目前来看，金刚石刀具按照刀具制造工艺的差异，可以分为电镀式金刚石钻头、钎焊式金刚石钻头及CVD。随着机械设计制造技术的不断发展，加工质量的装配质量的要求也是逐渐提高，在代表了制造业核心技术的航空产品中，大量的使用了新型轻质高性能材料，零部件之间连接方式也多是细孔铆接，这对于小孔加工、孔加工精度都有很高的要求，金刚石钻头在此类加工领域有及其广泛的应用前景。

 

　　2金刚石钻头的结构设计分析

 

　　钻削加工从运动轨迹来看，主要包括了主轴旋转带动的刀具旋转，由于工件在夹具的夹持下安放在工件台上，钻削加工时，刀具作用面为工件的内表面，这种内孔加工对于刀具本身的结构性能、导向性和排屑能力的要求尤为严格，钻削加工由于属于半封闭式加工，因此，再加工过程中，刀具与工件之间摩差大、产热量大，切削刃各点的切削速度由高到零，刃口由初期的锐刃快，由于钻削加工中要进行深孔钻削，因此钻头刀具往往呈现悬臂梁式的夹持方式，这就会给刀具本身和夹具带来极大的轴向冲击，一旦刀具本身的刚性得不到保证，就会破坏刀具整体的结构稳定性。

 

　　对于直径小于10mm的小型金刚石钻头，主要采用的是整体焊接方式，强化刀具系统的整体结构强度，但是一旦焊接完毕，刀具本身就无法进行调整，这对于焊接过程的精度控制有很高的要求；大型金刚石钻头主要采用的是机夹可转位方式固定。

 

　　金刚石钻头中顶角指的是主切削刃在投影平面上平面夹角，随着顶角的增大，金刚石刀具在钻削加工过程中的切削深度会得到响应的增加，而切削宽度则会受到压缩，由此带来的切削应力的影响是，切向力较小，而轴向力有所增大，综合来看，会使得总轴向力呈现增大的趋势，在刀具设计中，顶角的设计十分重要；主切削刃上前角是在主剖面测量的前刀面与基面之间的夹角，而金刚石刀具主切削刃的后角则指的是切削面与后刀面之间在投影平面上的空间夹角。金刚石刀具的横刃则主要影响的是刀具刃磨的方式和刀具刃磨参数的变化，通常来看，锥面刃磨法是目前最为常见的钻头刀具的刃磨方法。

 

　　金刚石钻头的沟形对于金刚石刀具的容屑、排屑能力有着巨大的影响，通常来说，钻头刀具的沟形主要是通过改变材料切屑流向来实现切削能力的改变，在钻头刀具前端，旋转面之间形成前刀面，标准麻花钻通常会将刀具前端做成直线型的切削刃，这就会造成刀具前端有一条沿刀具锥形体而上的双曲螺旋线，由此形成刀具的刀具渐开面和螺旋槽。

 

 

　　金刚石钻头的性能主要是针对其切削效率和切削可靠性而言的，SiCp/Al复合材料在材料结构性能，包括强度、弹性模量和刚度，以及材料使用性能，包括耐磨性、耐腐蚀性、导热性等方面都有着突出的表现，因此，尤其是在轻量化和高强结构性能的制造业发展趋势的引导下，这些材料在先进制造业如航天航空、汽车、电子工业等领域得到了极其广泛的应用，然而对于SiCp/Al复合材料的加工质量是目前限制该类型材料适用范围的关键原因，刀具磨损效率、道具加工质量和刀具加工工件表面质量等，都是目前研究的重点，采用焊接金刚石钻头对高体积分数、大尺寸颗粒的SiCp/Al复合材料进行钻削试验，通过分析钻削时的加工参数对钻削力的影响规律，以及钻削SiCp/Al复合材料时金刚石钻头的磨损、破损机理和形式和金刚石钻头钻削SiCp/Al复合材料的孔的表面质量，可以对金刚石钻头的性能质量进行全方位的评估，金刚石钻头的磨损和断折是金刚石钻头加工的常见磨损形式，也可以通过定量的磨损分析，对金刚石刀具的切削性能进行统计分析。

 

 

　　传统制造业的材料成型加工主要集中在金属件上，但是随着高性能复合材料、合金材料和陶瓷材料的普及，非金属类难加工材料成为制造领域的新挑战，新型加工刀具的使用已经是势在必然。金刚石刀具具有高硬度和高耐磨性的优异性能，目前在车削、铣削加工中应用广泛，本文以金刚石钻头为研究对象，重点分析了工业用金刚石钻头的设计、制造和性能特点。