麻花钻：结构、原理与几何角度全解析

麻花钻作为一种极为常见且重要的孔加工刀具，在金属切削领域占据着举足轻重的地位。无论是在机械制造、汽车工业，还是航空航天等众多行业，都广泛应用于在实心材料上加工出孔的作业任务。

一、麻花钻的结构组成

麻花钻主要由柄部、颈部和工作部分构成。

1. 柄部：柄部是钻头的夹持部分，其核心功能在于装夹钻头并传递扭矩。根据钻头直径的不同，柄部的形式也有所差异。当钻头直径时，常制成圆柱柄（直柄），这种柄部形式便于在一些小型钻床或手持电钻上安装使用；而当钻头直径时，则多采用圆锥柄，圆锥柄能够更好地与机床主轴的锥孔配合，实现高精度的定位与大扭矩的传递，保证钻孔过程的稳定性与准确性。

2. 颈部：颈部起着连接柄部和工作部分的桥梁作用。同时，它还是磨外径时砂轮退刀的位置以及打印标记的区域，通过标记可以清晰地识别钻头的型号、规格等信息。不过，对于小直径的钻头，考虑到其结构紧凑性和工艺性，通常不做颈部。

3. 工作部分：工作部分又可细分为切削部分和导向部分。

   • 切削部分：麻花钻的切削部分可视为由两把内孔车刀组成的组合体，并且因有钻心将两者联成一个整体，钻心使两条主切削刃不能直接相交于轴心处，从而形成了独立的切削刃 —— 横刃。所以，麻花钻的切削部分具备两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃。为了提高钻头的强度和刚度，钻心被设计成正锥体，其直径从切削部分向尾部逐渐增大，增大量每长度上为。两条主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角称为锋角，标准麻花钻的锋角，此时两条主切削刃呈直线；若磨出的锋角，主切削刃呈凹形；若，则主切削刃呈凸形。

      

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   • 导向部分：导向部分在钻孔过程中发挥着引导钻头直线进给的关键作用，同时也是切削部分的后备部分。其两条螺旋槽构成了钻头的前刀面，这不仅为排屑、容屑提供了空间，也是切削液流入切削区域的通道。螺旋槽的螺旋角是指螺旋槽最外缘的螺旋线展开成直线后与钻头轴线之间的夹角，愈靠近钻头中心螺旋角愈小。螺旋角增大时，钻头可获得较大前角，从而使切削更加轻快，排屑也更为顺畅，但与此同时，切削刃的强度和钻头的刚性会受到一定程度的削弱。导向部分的棱边即为钻头的副切削刃，其后刀面呈狭窄的圆柱面。标准麻花钻导向部分直径向柄部方向逐渐减小，其减小量每长度上，螺旋角的存在可减小棱边与工件孔壁的摩擦，并形成了副偏角。

      

      

二、麻花钻的工作原理

在金属切削中，孔加工的刀具种类繁多，按用途可分为两类：一类是在实心材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、扁钻、深孔钻等；另一类是对工件已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀等。麻花钻属于在实心材料上加工出孔的典型刀具。其工作原理是通过钻头的旋转运动与轴向进给运动的复合，使切削刃与工件材料相互作用，逐步去除材料形成孔。在旋转过程中，主切削刃承担主要的切削任务，将材料切除并形成切屑，副切削刃则对孔壁起到一定的修光和导向作用，而横刃在钻削初始阶段首先切入工件，由于其特殊的几何形状和负前角，会产生较大的轴向力，但也为后续主切削刃的切削创造了条件。

三、麻花钻切削部分的几何角度

1. 基面和切削平面：

   • 基面：切削刃上任一点的基面，是通过该点且垂直于该点切削速度方向的平面。在钻削时，若忽略进给运动，钻头仅做圆周运动，主切削刃上每一点都绕钻头轴线做圆周运动，其速度方向就是该点所在圆的切线方向。所以，切削刃上任一点的基面就是通过该点并包含钻头轴线的平面。由于切削刃上各点的切削速度方向不同，因此各点的基面也不相同。

   • 切削平面：切削刃上任一点的切削平面是包含该点切削速度方向，而又切于该点加工表面的平面。切削刃上各点的切削平面与基面在空间相互垂直，并且其位置随切削刃上点的位置变化而变化。

      

      

2. 主切削刃的几何角度：

   • 端面刃倾角：为方便起见，钻头的刃倾角通常在端平面内表示。钻头主切削刃上某点的端面刃倾角是主切削刃在端平面的投影与该点基面之间的夹角，其值总是负的。且主切削刃上各点的端面刃倾角是变化的，愈靠近钻头中心端面刃倾角的绝对值愈大。

   • 主偏角：麻花钻主切削刃上某点的主偏角是该点基面上主切削刃的投影与钻头进给方向之间的夹角。由于主切削刃上各点的基面不同，各点的主偏角也随之改变，主切削刃上各点的主偏角呈外缘处大、钻心处小的变化规律。

   • 前角：麻花钻的前角是正交平面内前刀面与基面间的夹角。由于主切削刃上各点的基面不同，所以主切削刃上各点的前角也是变化的，其值从外缘到钻心附近大约由减小到，这种变化导致钻头在不同位置的切削条件差异较大，尤其是钻心附近切削条件较差。

   • 后角：切削刃上任一点的后角，是该点的切削平面与后刀面之间的夹角。钻头后角不在主剖面内度量，而是在假定工作平面（进给剖面）内度量。在钻削过程中，实际起作用的是这个后角，且测量也较为方便。钻头的后角是刃磨得到的，刃磨时要注意使其外缘处磨得小些（约），靠近钻心处要磨得大些（约）。这样刃磨的原因主要有三点：一是可使后角与主切削刃前角的变化相适应，使各点的楔角大致相等，从而在锋利程度、强度、耐用度方面达到相对平衡；二是能弥补由于钻头的轴向进给运动而使刀刃上各点实际工作后角减少一个该点的合成速度角所产生的影响；三是能改变横刃处的切削条件。

      

      

3. 横刃的几何角度：

   • 横刃前角：由于横刃的基面位于刀具的实体内，故横刃前角为负值（约），所以钻削时在横刃处会发生严重的挤压现象，从而产生很大的轴向力，这也是钻削过程中轴向力较大的一个重要原因。

   • 横刃后角：横刃后角，故。

   • 横刃主偏角：横刃主偏角。

   • 横刃刃倾角：横刃刃倾角。

   • 横刃斜角：横刃斜角是在钻头的端面投影中，横刃与主切削刃之间的夹角。它是刃磨钻头时自然形成的，当锋角一定时，后角刃磨正确的标准麻花钻横刃斜角为，而后角愈大则愈小，横刃的长度会增加。横刃斜角的大小对钻头的定心性能和轴向力有一定影响，合适的横刃斜角有助于提高钻孔的精度和稳定性。

综上所述，麻花钻的结构设计、工作原理以及切削部分的几何角度相互关联、相互影响，共同决定了麻花钻的切削性能、加工精度和耐用度。在实际应用中，深入理解麻花钻的这些特性，对于合理选择钻头参数、优化钻削工艺、提高加工质量和效率具有极为重要的意义。无论是从事机械加工的技术人员，还是相关专业的学生，都需要全面掌握麻花钻的相关知识，以便在实际工作和学习中更好地运用这一重要的孔加工刀具。