鉆頭

人類認識和使用鉆頭的歷史可以上溯到史前時代。燧人氏“鉆木取火”所使用的石鉆，可以看作原始的鉆頭。現(xiàn)代工業(yè)加工中廣泛使用的麻花鉆（俗稱鉆頭），是一種形狀復(fù)雜的實工件孔加工刀具，誕生于一百多年前?，F(xiàn)在，全世界每年消耗的各類鉆頭數(shù)以億計。二是生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較多，且規(guī)模較小，分布比較廣泛，行業(yè)集中度比較低。據(jù)統(tǒng)計，在美國的汽車制造業(yè)，機械加工中鉆孔工序的比重約占50%；而在飛機制造業(yè)，鉆孔工序所占的比重則更高。盡管鉆頭的使用如此廣泛，但眾所周知，鉆削加工也是復(fù)雜的機械加工方法之一。正因為如此，人們一直致力于鉆頭的改進和鉆削過程的研究。

①鉆頭數(shù)學(xué)模型和幾何設(shè)計研究：包括螺旋溝槽、后刀面、主刃和橫刃數(shù)學(xué)模型的建立，橫向截形與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，切削角度（分布）的計算與控制，鉆頭結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)特性分析，鉆尖幾何形狀與切削和排屑性能關(guān)系的研究。

②鉆頭制造方法研究：包括鉆頭幾何參數(shù)與后刀面刃磨參數(shù)之間關(guān)系的建立與優(yōu)化，鉆頭制造精度和刃磨質(zhì)量的評價與制造誤差的測控，鉆頭螺旋溝槽加工工具截形的設(shè)計計算，鉆頭加工設(shè)備特別是數(shù)控磨床與加工軟件的開發(fā)等。

③鉆削過程與鉆削質(zhì)量研究：包括影響鉆削過程的各種因素及出現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象的分析、建模與監(jiān)控（如鉆削力、切削刃應(yīng)力和溫度分布的測量、建模和預(yù)報）；螺旋形溝槽可用銑削、磨削、熱軋或熱擠壓等方法加工，鉆頭的前端經(jīng)刃磨后形成切削部分。鉆頭磨損、破損機理與鉆頭壽命的研究；鉆頭的變形、偏斜、入鉆時的打滑和鉆尖擺動現(xiàn)象的研究；鉆削工藝（如振動鉆削、高速鉆削、深孔鉆削、鉆削過程的穩(wěn)定性等）與鉆削質(zhì)量（孔的位置精度、直線度、表面粗糙度、圓柱度、直徑、孔口毛刺等）的研究。

④鉆削機理與各種鉆頭（如群鉆、槍鉆、干切削鉆頭、微孔、深孔鉆頭、長鉆頭、可轉(zhuǎn)位鉆頭、合成材料加工用鉆頭、木工鉆頭、多螺旋槽鉆頭等）的研究。

⑤鉆削過程模型驗證和鉆頭性能評估過程的自動化，切削條件及鉆頭形狀選用數(shù)據(jù)庫和知識庫的建立等。

根據(jù)高爐開鐵口鉆的工作條件，選擇高爐鉆頭結(jié)構(gòu)材料，包括鋼材、硬質(zhì)合金等。采用感應(yīng)釬焊工藝，鉆頭性能滿足鋼鐵廠開口作業(yè)要求，通過產(chǎn)品跟蹤分析鉆頭報廢形式，通過改進措施完善鉆頭設(shè)計、釬焊工藝。 高爐鉆頭是高爐生產(chǎn)中重要的備件。高爐鉆頭的工作條件：出鐵口位于高爐爐缸的下沿。出鐵時，鐵口用開口機鉆一圓孔把鐵和渣放出，各出鐵口周期性 地在高溫狀態(tài)下出鐵。現(xiàn)在有一些外表鍍上稀有硬金屬薄膜的金色，是工具鋼之類材質(zhì)，經(jīng)過熱處理變硬的。高爐鐵口的封堵由泥炮采用高壓將炮泥壓人鐵口。炮泥由瀝青、電云母、剛玉、焦油、碳粉、粘土按不同比例調(diào)配均勻而成，其在高溫狀態(tài)下膨脹小，能承受高溫、高壓。炮泥封堵鐵口后，爐內(nèi)高溫將其由內(nèi)至外燒結(jié)，形成堅硬的殼體，離爐膛越近，燒結(jié)硬度越高。高爐鉆頭就是要在這厚厚的高溫殼體上鉆鑿。從設(shè)計上、工藝中不斷改進，細化完善高爐鉆的生產(chǎn)工藝，使得高爐鉆頭達到配置。

    美國在1973～1975年里選用GE企業(yè)出產(chǎn)的8.38×2.8mm、金鋼石層為0.5mm厚的PDC(Compax)電焊焊接到硬質(zhì)合金刀具齒柱上再安裝到鋼體鉆頭上做好試驗，很多的初始試驗信息說明：PDC可替代用以鉆入為堅硬和空蝕性很高的巖層的表鑲鉆頭上的天然金剛石。但充分考慮PDC的構(gòu)造與性能特性及其石油、燃氣地質(zhì)構(gòu)造大多數(shù)為軟一中硬地層，因此鉆頭生產(chǎn)商把PDC運用重中之重放進了具備重特大行業(yè)前景的石油鉆井銷售市場。但是，銑刀在使用時是橫向受力，有向下拉的力量，需要用銑刀拉桿拉住銑刀，否則銑刀是會被拉下來的。美國Tulsa高校鉆井研究所參加了的平面圖PDC鉆頭設(shè)計方案，并對PDc自身做好了至關(guān)重要試驗。在這段時間GE企業(yè)在南得克薩斯州、科羅拉多州、猶他州、上密歇根州做好了4只PDC鉆頭的試驗，曝露了PDC柱齒、鉆頭設(shè)計方案與生產(chǎn)制造層面的一些難題。