在難加工材料上鉆削高精度的孔可能極具挑戰(zhàn)性。為了成功完成難加工材料——從航空工業(yè)的大型鈦合金或復(fù)合材料零部件，到尺寸很小的Inconel合金醫(yī)療器件——的鉆削加工，需要克服包括切削熱、高磨蝕性（如復(fù)合材料）、高硬度（如淬硬鋼）、高粘性（如奧氏體不銹鋼）在內(nèi)的各種困難。為了應(yīng)對這些難題，必須多管齊下，在鉆尖幾何形狀、刃口制備、基體牌號、刀具涂層和冷卻液輸送等方面對鉆頭進(jìn)行綜合優(yōu)化。

形成易于處理的切屑

美國聯(lián)合機(jī)械與工程公司（AMEC）研發(fā)主管Joseph Nuzzi指出，“最終用戶總是希望獲得更高的鉆進(jìn)率、更長的刀具壽命和更好的孔形質(zhì)量。在我們每年為用戶和經(jīng)銷商舉辦的技術(shù)培訓(xùn)研討會上，我們首先會告訴他們，在任何高效鉆削加工中，首先必須形成足夠小的切屑，使其能順暢地排出孔外。鉆頭必須具有合理的切削刃形狀，而一旦形成了合適的切屑，還必須由切削液介質(zhì)提供足夠的動能，使切屑流從孔中排出。為了實(shí)現(xiàn)順利排屑，由內(nèi)冷卻刀具和高壓冷卻液組成的冷卻液系統(tǒng)必不可少，因?yàn)楹线m的冷卻液系統(tǒng)能將更多熱量從刀具中帶走。”

AMEC推出的GEN3SYS XT可換鉆尖式高效鉆頭的幾何形狀、切削刃強(qiáng)度、材料牌號和涂層都是針對不銹鋼、高溫合金和鎳基合金（如Hastelloy、Monel和Waspaloy合金）的鉆削加工而專門開發(fā)的。用于食品機(jī)械和壓力容器行業(yè)的奧氏體不銹鋼（通常為304、316、350、321系列）很難加工。這些材料具有極大的變形率（切屑厚度與每齒進(jìn)給量的比率），而在鉆削奧氏體不銹鋼時(shí)，大變形率將轉(zhuǎn)化為很厚的切屑。在這種情況下，鉆頭必須具有正確的幾何形狀，并對切削刃進(jìn)行制備，還需采用合適的涂層，以確保鉆頭不易折斷，并能承受切削高溫。

Nuzzi指出，“GEN3SYS XT鉆頭（‘SS’刃型）鉆削奧氏體不銹鋼時(shí)能形成理想的切屑。需要牢記，如果成屑不良，就不可能實(shí)現(xiàn)高效鉆削。為了確保排屑順暢，必須形成裹緊的圓錐形切屑，或裹緊的‘6’形和‘C’形切屑。所鉆的孔越深，排屑就越困難。”

Nuzzi說，“復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、酚醛樹脂材料和碳纖維復(fù)合材料都具有很小的拉伸強(qiáng)度和極大的磨蝕性，鉆削這些材料時(shí)，就像用砂紙裹著鉆頭使勁摩擦一樣，后刀面極易磨損。我們開發(fā)了鉆削復(fù)合材料的TA鉆頭系列，以及采用金剛石薄膜涂層或PCD涂層的GEN3SYS鉆頭系列，并為TA鉆頭產(chǎn)品線開發(fā)了一種能去除鉆削復(fù)合材料時(shí)所產(chǎn)生粉塵的真空抽吸式鉆頭。”

可預(yù)測的刀具磨損

山特維克可樂滿(Sandvik Coromant)的鉆削產(chǎn)品和行業(yè)專家John Dotday指出，在加工淬硬材料或復(fù)合材料時(shí)，最終用戶希望刀具的磨損具有可預(yù)測性。“難加工材料會造成一些特殊的加工難題，但只要我們選用合適的刀具和切削參數(shù)，就能克服這些困難。如果我們告訴用戶，某種鉆頭一天可以鉆100個(gè)孔，他們就會期望該鉆頭每天都能穩(wěn)定地鉆100個(gè)孔。如今的趨勢是在材料淬硬狀態(tài)下進(jìn)行鉆削加工，而過去是在材料較軟狀態(tài)下進(jìn)行鉆削，然后將工件淬硬后，再進(jìn)行鉸削加工。如有必要，或許還需要進(jìn)行二次鉆削?，F(xiàn)在，用戶希望直接鉆削淬硬工件，從而省略后續(xù)工序。”山特維克可樂滿最近推出了新的CoroDrill 860 PM 4234整體硬質(zhì)合金鉆頭，該鉆頭采用TiAlN涂層，直徑范圍3－20mm，適合加工用不銹鋼板材制造的汽車零部件，以及材質(zhì)從1018鋼到工具鋼的耐磨板材。

復(fù)合材料是一個(gè)特殊的加工領(lǐng)域。山特維克可樂滿針對復(fù)合材料加工推出了CVD涂層鉆頭CoroDrill 854和856。854鉆頭用于鉆削碳纖維含量較高（50％以上）的復(fù)合材料；856鉆頭則適合加工樹脂含量較高（50％以上）的復(fù)合材料。針對在航空工業(yè)十分常見的用手持電鉆鉆孔，該公司推出了未涂層的452系列鉆頭，該鉆頭鉆削復(fù)合材料零件時(shí)可防止材料撕裂和分層剝離。

肯納（肯納官方網(wǎng)站，肯納產(chǎn)品一覽）金屬(Kennametal)公司提供了針對各種特定用途鉆削解決方案的完整產(chǎn)品線，包括整體硬質(zhì)合金鉆頭、可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭和模塊化鉆頭，以及精加工鉸削刀具和攻絲刀具。該公司最新開發(fā)的整體硬質(zhì)合金鉆頭組合包括用于加工高溫合金和貴重金屬材料的解決方案?？霞{金屬公司全球產(chǎn)品經(jīng)理Frank Martin解釋說，“最近推出的Beyond整體硬質(zhì)合金鉆頭系列采用了新的Beyond材質(zhì)牌號，無論是刀具制造商生產(chǎn)的新刀，還是經(jīng)過工廠重磨后的刀具，在整個(gè)刀具生命周期中都能保持其優(yōu)異性能。Beyond鉆頭采用了專有的表面處理技術(shù)，可以減小鉆削壓力和扭矩，改善切屑流動性和鉆削性能。因此，Beyond技術(shù)能夠同時(shí)提高刀具壽命和加工一致性。”

肯納公司針對特定應(yīng)用的鉆頭組合還包括為鉆削難加工材料而開發(fā)的Y-TECH鉆頭。該鉆頭獨(dú)特的刃型設(shè)計(jì)可以減小鉆削運(yùn)動的隨意性，克服鉆頭偏移的傾向，并能提高孔的直線度、圓度、圓柱度和平行度。Martin解釋說，“所有的鉆頭——無論是高速鋼鉆頭、硬質(zhì)合金鉆頭，還是可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭——鉆入工件時(shí)，工件材料都會迫使鉆頭發(fā)生偏斜，從而使其運(yùn)動軌跡變?yōu)槿切危⒉粩鄶[動，導(dǎo)致孔形變差。這也是需要進(jìn)行后續(xù)鉸削加工的根本原因。Y-TECH鉆頭采用了非對稱的切削刃和刃帶設(shè)計(jì)，以抗衡鉆頭的不規(guī)則擺動，使其運(yùn)動更具可預(yù)測性，從而顯著提高鉆孔質(zhì)量。

伊斯卡(Iscar)公司采用“M”刃型的SumoCham可換鉆尖式鉆頭非常適合加工鈦合金、Inconel合金、Waspaloy合金、Hastelloy合金和不銹鋼。該公司的鉆削產(chǎn)品經(jīng)理Ben Davis解釋說，“SumoCham鉆頭采用貫穿每條刃溝的兩個(gè)小孔來輸送冷卻液，與通過鉆體中心的單個(gè)內(nèi)冷卻孔相比，這種雙孔設(shè)計(jì)能將更多冷卻液輸送到孔底，將切屑沖刷出孔外。將冷卻孔置于刃溝內(nèi)還能增大刃溝深度，以提高排屑能力。”該公司的DR Twist鉆頭系列也采用了相同的冷卻液輸送方式。

Davis指出，“切削工件材料時(shí)，通常要依靠切屑帶走一部分切削熱，但高溫合金的吸熱和散熱能力較差，因此必須通過采用合適的刀具幾何形狀、涂層和冷卻液來減少切削刃處的熱量。因此我建議，在鉆削高溫合金材料時(shí)，應(yīng)采用比鉆削合金鋼等材料更低的切削速度。降低鉆削速度可以減少切削熱，并防止工件發(fā)生冷作硬化。”

提高鉆孔質(zhì)量

三菱材料美國公司提供的MHS WSTAR鉆頭系列用于鉆削工具鋼和淬硬材料，其特點(diǎn)是鉆芯比傳統(tǒng)鉆頭增厚了6%－8%。此外，雙刃帶可確保鉆孔的直線度，防止鉆頭發(fā)生偏移和折斷。該公司鉆削產(chǎn)品專家Nika Alex解釋說，“為了增大鉆頭強(qiáng)度，MHS鉆頭的螺旋角比我們的常規(guī)鉆頭略小一點(diǎn)，而鉆尖角上的主后角和副后角則更大一些。所有這些參數(shù)的變化都是為了確保當(dāng)切削力增大時(shí)鉆頭不易折斷。”該公司用于鉆削CFRP材料的MCS鉆頭系列有8種尺寸規(guī)格。該鉆頭采用了新開發(fā)的PVD金剛石涂層牌號，靠近刃帶的刃背從鉆尖角頂端向下延伸，并采用了較大的刃背，以提高鉆頭的排屑性能。

BIG Kaiser精密工具公司的Phoenix鉆頭采用了一種獨(dú)具特色的鉆尖幾何形狀，在鉆削淬硬鋼和不銹鋼時(shí)，可減小作用于鉆頭上的切削力，延長刀具壽命。該產(chǎn)品線一個(gè)較新的分支是鉆削深度可達(dá)30倍孔徑的Power-Phoenix深孔鉆頭。即使在冷卻液壓力較低的情況下，該鉆頭也能有效地進(jìn)行加工。為了便于排屑，對鉆頭刃溝進(jìn)行了精磨和涂層。其加工對象包括醫(yī)療行業(yè)用于植入人體的小型不銹鋼和鈦合金器件，以及航空航天工業(yè)使用的不銹鋼、鈦合金和高鎳合金零部件。

加工復(fù)合材料的金剛石涂層鉆頭

高邁特(Komet)美國公司的Mark Blosser指出，納米晶粒金剛石涂層刀具的出現(xiàn)是一個(gè)重大技術(shù)突破，這種刀具具有硬度很高、極其鋒利的切削刃，非常適合鉆削或銑削復(fù)合材料、鋁及鋁合金和石墨材料。Blosser解釋說，“超細(xì)晶粒的高純度金剛石涂層可以涂覆于各種尺寸的刀具上，包括大型刀具和具有復(fù)雜表面形狀的刀具。其結(jié)果是，涂層的粘附性、穩(wěn)定性和機(jī)械性能，以及對涂層表面粗糙度的控制均大幅提高。在航空航天、模具制造和能源行業(yè)，納米晶粒涂層刀具的應(yīng)用已經(jīng)使最終用戶獲益非淺。這種例子包括：切削碳纖維復(fù)合材料時(shí)，可使進(jìn)給率提高一倍；鉆削碳纖維/鋁/鈦復(fù)合材料時(shí)，可使刀具壽命提高8倍。”

山高刀具(Secotools)公司已推出了用于鉆削CFRP復(fù)合材料的新型鉆頭。該公司鉆削產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Sandrud表示，“我們主要有兩種不同的鉆頭幾何形狀。C1鉆頭經(jīng)過優(yōu)化的鉆尖適合加工碳纖維和鈦/碳纖維疊層材料，或出口處為碳纖維層的鋁/碳纖維疊層材料。”為了在鉆出孔口時(shí)防止碳纖維材料撕裂和分層剝離，這種金剛石涂層鉆頭采用了雙棱面和兩個(gè)不同的鉆尖角。C2鉆頭用于加工入口處為碳纖維、出口處為鈦或鋁的疊層材料，通過對切屑的控制，使金屬切屑不會將碳纖維表面刮毛。C1和C2鉆頭都涂覆了CVD Dura涂層。

住友電工硬質(zhì)合金公司可提供三種用于鉆削難加工材料的鉆頭系列：MDW GS系列、SMD可換鉆尖式鉆頭和用于加工CFRP材料的金剛石涂層鉆頭。MDW GS鉆頭系列有兩種不同類型：非內(nèi)冷式GS鉆頭和具有兩條刃帶的HGS內(nèi)冷卻鉆頭。鉆頭所用涂層包括TiSi和TiAlCrN復(fù)合超晶格PVD涂層。高硬度的含鉻涂層有助于實(shí)現(xiàn)對高溫合金（如Inconel合金和鈦合金）的大長徑比鉆削（鉆頭長徑比分別為12D、20D、25D和30D）。該公司建議，使用這些新型涂層鉆頭時(shí)，可采用比以往的鉆頭或涂層更高的進(jìn)給率。

瓦爾特(Walter)美國公司的Patrick Nehls表示，“我們的瓦爾特蒂泰克斯(Walter Titex)X-treme鉆頭可用于各種不銹鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬、鈦合金和淬硬材料的小批量或大批量鉆削加工。在考慮鉆孔數(shù)量時(shí)，重要的是應(yīng)盡量降低每件加工成本，以最大限度地提高回報(bào)率。X-treme鉆頭性能的提高延長了刀具壽命。自從該鉆頭于2009年底推出后，我們一直在對其進(jìn)行測試，并幫助最終用戶用加工效率更高的X-treme鉆頭替換Alpha 4鉆頭。雖然由于鉆頭壽命延長，我們向這些用戶銷售的鉆頭數(shù)量可能會減少，但X-treme鉆頭優(yōu)異的加工性能將為我們提供更多機(jī)會，帶來更多新客戶。”