麻花钻的结构以及工作原理

麻花钻钻孔参数

麻花钻是一种常用的钻孔工具，其具有结构简单、使用便捷、适应性广泛等特点，因

而在建筑、矿业、地质勘探等领域得到了广泛的应用。本文将对麻花钻的钻孔参数进行详

细的分析，并探讨其在不同领域中的应用。

一、麻花钻的结构和钻孔参数

麻花钻的结构主要由钻头、钻杆和手柄组成。钻头是麻花钻的主要部件，其直径和长

度决定了钻孔的尺寸。常见的麻花钻钻头直径包括6mm、8mm、10mm等，长度可根据实际需要来定制。钻杆是连接钻头和手柄的部件，其长度取决于需要钻孔的深度，通常有20cm、30cm、40cm等不同规格。手柄是用于旋转钻杆来进行钻孔作业的部件，其设计合理性会直接影响到操作者的工作效率和劳动强度。

麻花钻的钻孔参数包括转速、推力、冲击频率等。通常情况下，麻花钻的转速为

500-1500rpm，推力为15-50N，冲击频率为0-3000次/min。这些参数的选取需根据具体的钻孔材料和工艺要求来进行合理的调整，从而达到最佳的钻孔效果。

二、麻花钻在建筑领域中的应用

在建筑领域中，麻花钻主要用于墙体、地面、天花板等材料的钻孔作业，例如混凝土、砖石、钢筋混凝土等。由于其钻孔效率高、操作简便、成本低廉，因此得到了广泛的应

用。

对于建筑领域中的钻孔作业，需要根据具体的钻孔材料来调整麻花钻的参数。在对混

凝土进行钻孔时，通常需要选择较高的转速和推力，以确保能够快速有效地完成钻孔作业。而在对砖石进行钻孔时，则可以适当降低转速和推力，以防止钻孔材料的损坏。

三、麻花钻在矿业领域中的应用

在矿业领域中，麻花钻主要用于采矿工作中的地层勘探、爆破孔钻等作业。由于矿石

第九章钻削加工

钻床是加工内孔的机床，是用钻头在实体材料上加工孔,主要用于加工外形复杂，没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。钻孔属粗加工。·钻削加工的工艺特点

（1）钻头在半封闭的状态下进行切削的，切削量大，排屑困难。

（2）摩擦严重，产生热量多，散热困难。

（3）转速高、切削温度高，致使钻头磨损严重。

（4）挤压严重，所需切削力大，容易产生孔壁的冷作硬化。

（5）钻头细而悬伸长，加工时容易产生弯曲和振动。

（6钻孔精度低，尺寸精度为IT13～IT10，表面粗糙度Ra为12.5～6.3μm。

·钻削加工的工艺范围

钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同

的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、

攻螺纹、锪埋头孔和锪凸台端面等，如图所示。在

钻床上钻孔精度低，但也可通过钻孔----扩孔----

铰孔加工出精度要求很高的孔（IT6～IT8，表面粗

糙度为1.6～0.4μm），还可以利用夹具加工有位置

要求的孔系。

在钻床上加工时，工件固定不动，刀具作旋转

运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。

第一节钻床

钻床的主要类型有：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床和中心孔钻床等。钻床的主参数一般为最大钻孔直径。

一、立式钻床

立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点是主轴轴线垂直

布置，且位置固定，需调整工件位置，使被加工孔中心线对准刀

具的旋转中心线。由刀具旋转实现主运动，同时沿轴向移动作进

给运动。因此，立式钻床操作不便，生产率不

高。适用于单件小批生产中加工中小型零件。

·立式钻床的传动原理

麻花钻

1、高速钢麻花钻的结构

标准锥柄高速钢麻花钻由三部分组成

(1)、工作部分

又分为切削部分与导向部分，切削部分担负着主要切削工作，导向部分的作用是当切削部分的切入工件孔后起导向作用，也是切削部分的备磨部分。为了提高钻头的刚性与强度，其工作部分的钻心直径向柄部方向递增，每100mm长度钻心的递增量为1.4-2.0mm。

（2）、柄部

钻头的夹持部分，并用来传递扭矩。柄部分直柄和锥柄两种，前者用于小直径钻头，后者用于大直径钻头。

(3)、颈部

颈部位于工作部分与柄部之间，磨柄部时退砂轮之用，也是钻头打标记的地方。

为了制造方便，直柄麻花钻一般不制有柄部。

麻花钻的切削部分有两个前面、后面、副后面（临近注切削刃的棱带）、主切削刃、副切削刃及一个横刃组成。

2、麻花钻切削部分的几何参数

（1）、基面与切削平面

基面：主切削刃上任意点的基面，即通过该点，垂直于该点切削速度方向的平面，主切削刃上各点因切削速度方向不同，基面位置也不同。

切削平面：主切削刃上任意点的切削平面，是包含该点切削速度方向而又切于该点加工表面的平面。同样，由于主切削刃上各点的切削速度方向不同，切削平面位置不同。

（2）、螺旋角β

钻头外圆柱面与螺旋槽交线的切线与钻头轴线夹角为螺旋角β。由于螺旋槽上各点的导程P相等，因而在麻花钻的主切削刃上沿半径方向各点的螺旋角β就不相同，钻头外径处的螺旋角最大，越靠近钻头中心，其螺旋角越小。螺旋角实际上就是钻头进给前角。因此，螺旋角越大，会消弱钻头强度，散热条件也差。标准麻花钻的螺旋角一般在18°-30°之间。

一、麻花钻结构特点

麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形（便于排屑），螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角（2Ø）决定了前角g的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。麻花钻的结构及几何参数见图1。

D：直径 y：横刃斜角 a：后角 b：螺旋角Ø：顶角 d：钻芯直径 L：工作部分长度

图1 麻花钻结构及切削部分示意图

横刃斜角y是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，y的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。当顶角一定时，后角越大，则y越小，横刃越长（一般将y控制在50°～55°范围内）。

二、麻花钻受力分析

麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。钻头每个切削刃上都将受到Fx、Fy、Fz三个分力的作用。

图2 麻花钻切削时的受力分析

如图2所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80％，横刃产生的扭矩约占10％。轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50％～60％，主切削刃上的轴向力约占40％。

图3 钻芯直径d-刚度Do关系曲线

以直径D=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线（见图3）可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度Do增大，变形量减小。由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。

6.2.2 麻花钻（P101）

一、概述 （1）工艺范围

钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔、锪端面等。 （见P106、表6-1）

（2）切削运动

①主运动：钻头旋转运动（r/min ） ②进给运动：钻头轴向垂直进给（mm/r ） （3）加工精度 IT13～IT11 Ra12.5～Ra6.3μm 二、麻花钻的组成 1、柄部

（莫氏锥孔）

主　轴

————莫氏锥柄＞（莫氏锥柄）

钻夹头（圆柱形）直　柄⎪⎭⎪⎬⎫

→→→→≤mm 12d 12mm d ※柄部作用：

夹持钻头、连接主轴、传递转矩与轴向力（进给）

2、颈部

（1）磨削钻头直径时的退刀槽。 （2）打印规格与厂标处。 3、工作部分 （1）导向部分

①（两条）螺旋槽⇒容屑；排屑通道。

②（两条）螺旋棱边（刃带）⇒钻头导向；保持圆的孔形。 （2）切削部分

切削刃）切削作用（内孔车刀主

、主切削刃圆锥面 后刀面螺旋面前刀面：切削刃形成的→⎭

⎬⎫

≈→→421

7→刃带（棱边）→导向（前大后小） 3→副切削刃→修光和导向 8→副后刀面（7） 5：横刃

※两个后刀面的交线（一条横刃）。 ※切削条件差（V cmin ≈0；F f ↑；Q ↑）。

三、麻花钻的结构参数

1、d ：钻头直径，两刃带间的垂直距离。

⎪⎩⎪⎨⎧

→→→擦。减少刃带与孔壁间的摩

前大后小）

（～倒锥量＞后前mm 100

12.005.0d d

2、d 0：钻心（两旁为螺旋槽） ※d 0＝0.15d （mm ）

※前小后大（钻头轴向刚度↑）→正锥量→100

2

4.1～（mm ） 3、螺旋角β

β：钻头刃带棱边螺旋线展开成的直线（斜边）与钻头轴线的夹角。 （1）主切削刃外径处（A 点）

本章知识内容简介

本章从认识麻花钻开始，介绍了麻花钻的基本结构及相关的术语。同时作为分析麻花钻的辅助工具----基准系在本章也作了具体的讲解，并在此基础上介绍了麻花钻的长度参数和角度参数。通过本章的学习，读者可以初步了解麻花钻的组成，为后续内容的学习做下必要的准备。

本章的主要知识点如下：

麻花钻的结构与术语

麻花钻简介

麻花钻的组成

麻花钻的名称术语

麻花钻的三种基准系

三种基准系简介

结构基准系

理论参考系

工作参考系

测量平面

三种基准系的区别

麻花钻的结构参数

长度尺寸参数

结构角度参数

麻花钻按其功用的不同, 可

以分为三部分:

1. 钻柄(Shank);

2. 钻颈(Neck);

3. 钻体(Body)。

钻柄: 钻头上供装夹用的部分,

并用以传递钻孔所需的

动力(扭矩和轴向力)。

钻颈: 位于刀体和钻柄之间的

过渡部分。通常用作砂轮

退刀用的空刀槽。

钻体: 钻头的工作部分, 由切

削部分(即钻尖)和导向

部分组成。 第一节 麻花钻的结构与术语

麻花钻简介

麻花钻是一种形状较复杂的

双刀槽孔加工工具。

要分析麻花钻切削过程的特

点, 必须深入了解钻头上各切削

刃的刀具角度, 这些角度依照

GB/T12204-90和ISO3002标准具有

严格定义。不过, 各国麻花钻的标

准有所不同, 既有区别, 又有联

系。为此, 很有必要了解麻花钻的

结构。

麻花钻的组成 各种不同型号的麻花钻

切削部分

1. 前面（Face）

螺旋槽靠近切削刃的那部分面。

2. 后面 (Flank)

在钻尖上与被加工表面相对的面。有两个后面，每个又可分为第一后面和第二后面。

3. 钻尖（Point）

麻花钻

麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。

一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度Ra25－6.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。

一、麻花钻的构造

标准麻花钻由3个部分组成：

装夹部分：是钻头的尾部，用于与机床联接，并传递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，分为直柄

（直径<12mm）和锥柄（直径>12mm）两种。

颈部：是工作部分和尾部间的过渡部分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。直柄钻头没有颈部。

工作部分：是钻头的主要部分，前端为切削部分，承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻

头的作用，也是切削部分的后备部分。

二、麻花钻的组成

钻分头的工作部

有两条对称的螺旋槽，是容屑和排屑的通道

导向部分磨有两条棱边，为了减少与加工孔壁的摩擦，棱边直径磨有(0.03～0.12)／100的倒锥量(即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小)，从而形成了副偏角κ'r。

麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接，为了增加钻头的强度和刚度，钻芯制成正锥体（锥度为（1.4－2）/100）。

前刀面：螺旋槽的螺旋面。

主后刀面：与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。

副后刀面：与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。

主切削刃：螺旋槽与主后刀面的两条交线。

副切削刃：棱边与螺旋槽的两条交线。

横刃：两后刀面在钻心处的交线。

三、麻花钻的主要几何参数

麻花钻的基面与切削平面

基面：通过该点又包括钻头轴线的平面。

由于切削刃上各点的切削速度方向不同，故基面也就不同。

切削平面：切削刃上任意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。

麻花钻工作原理

麻花钻是一种用于钻取岩石和土壤的工具，它的工作原理可以简单描述如下：

1. 首先，麻花钻通过旋转运动将其扭曲的钻杆送入地下。它通常由多个连接在一起的钻柄组成，形成一根长而坚固的钻杆。

2. 当麻花钻旋转时，其螺旋形状的钻杆会沿着钻井井筒逐渐钻进地下。由于钻杆结构的不断扭转，钻杆可以轻松地穿过岩石和土壤。这种螺旋钻杆的设计使得麻花钻可以处理不同类型的地质物质。

3. 麻花钻旋转的同时，通过配备的泥浆系统将泥浆从地表输送到钻杆的内部。这种泥浆循环系统可以起到冷却钻头的作用，并将钻孔中的碎屑带回地表，使钻探过程更加高效。

4. 随着钻杆不断往下钻进，麻花钻的操作者可以通过检查从井口返回的岩屑样本和泥浆的物理性质来了解地下构造和地质特征。

5. 当达到目标深度后，麻花钻可以停止旋转，然后通过逆向旋转卸下连接在钻杆上的钻头。

总的来说，麻花钻的工作原理是通过旋转钻杆和循环泥浆来钻取地下岩石和土壤。它能适应不同类型的地质条件，并提供实时的地质信息。

1 麻花钻结构特点

麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形(便于排屑)，螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角(2Ø)决定了前角γ的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。麻花钻的结构及几何参数见图1。

横刃斜角ψ是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，ψ

的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。

当顶角一定时，后角越大，则ψ越小，横刃越长(一般将ψ控

制在50°～55°范围内)。

2 麻花钻受力分析

麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗

力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。钻头每个切削刃上

都将受到F

x 、F

y

、F

z

三个分力的作用。

如图2所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80%，横刃产生的扭矩约占10%。轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50%～60%，主切削刃上的轴向力约占40%。

以直径D=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线(见图3)可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度D

o

增大，变形量减小。由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。

车工

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图3.11 常见机械夹固车刀（续）

七、麻花钻的结构与使用技巧

1．麻花钻的结构组成

麻花钻头的构造：麻花钻由柄部、颈部和工作部分（切削部分和导向部分）组成，如图3.12所示。工作部分（刀体）的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。麻花钻一般用高速钢W6Mo5Cr4V2或W6Mo5Cr4V2Al 制成，淬硬后的硬度为62HRC ～68HRC 。

① 尾（柄）部是钻头的夹持部分，用于装夹定心和传递扭矩动力。钻头直径小于12mm 时，柄部为圆柱形；钻头直径大于12mm 时，柄部一般为莫氏锥度。

② 颈部是工作部分和柄部之间的连接部分。用作钻头磨削时砂轮退刀用，并用来刻印商标和规格号等。