“群钻”－倪志福钻头

一代大师、钻头大王倪志福师傅从工人到党和国家领导人，走完了他光辉灿烂的一生，留给我们无限的回忆与怀念。

为怀念倪志福大师，利用我们公司的网页介绍倪志福钻头的创造、发展过程，并运用切削原理的知识分析倪志福钻头的创新点，供当代金切工作者能较深入了解倪志福钻头创新原理，从而得到启发与应用。

1953年倪志福在北京永定机械厂钻高锰钢时遇到困难，年轻的倪师傅没有框框，把钻头两个直线刀刃磨出了内凹圆弧刃，又修短了横刃，解决钻高锰钢的问题。创新来自于实践，如图1所示，把普通麻花钻改成了三尖七刃的53型倪志福钻头，后来又不断发展为56型，58型，64型、67型。但怎样变化都离不开磨出的两个内凹圆弧刃，只是具体参数有些变动而以。

1966年倪志福提出用“群钻”来命名倪志福钻头，因为他说“群钻是群众智慧的结晶”。在倪志福领导下北京永定机械厂建立群钻研究小组，系统的做了科学实验，对每一个角度、参数都通过钻孔、测力、量角度等试验，找出最佳值；同时吸取了全国各地推广的经验，最终确定了了67型群钻的参数。

所以“群钻”实际上是指磨出倪志福内凹圆弧刃为特征的高效先进修磨钻型。

“群钻”的创新点可归纳为两方面：1）打破了一百多年来麻花钻118°直线刃的传统，磨出内凹圆弧刃；2）独创的横刃的修磨方法，最佳的处理好钻尖锋利与强固的矛盾。

内凹圆弧刃是从实践中诞生，后来从理论上的研究分析才知道，它给钻头带来一系列的优点。

1）如图2所示，圆弧刃BC切出的切削表面形成了一个凸圆弧形状的环形筋，卡在左右的圆弧刃凹槽中，限制了钻头旋转时的晃动，增加了定心导向作用。由于圆弧刃减少了钻头晃动，就提高钻孔的尺寸精度、同时提高了钻孔的直线度精度、同时防止了棱边非正常磨损，有效的提高了耐用度。按此原理，磨出较大的内凹圆弧刃的钻头可用于毛坯扩孔，或借助钻套导向就能直接钻半圆孔。

2）圆弧刃形成了自然的分屑点，钻塑性材料时，保证了切屑的分段与断屑。切屑排除的顺畅，有利于切削液流到切削区域，减少热磨损，提高了耐用度。

切屑的流动方向有个自然趋势，就是垂直于切削刃。观察图2中AB刃各点流屑方向为W1、… W6，流速逐渐递减。分界点B处，偏向AB刃一边，流屑方向是W6, 偏向BC刃一边，流屑方向是R1。因此B点为自然分屑断点。BC刃上各点流出方向不同，均为圆弧刃的法向，即R1、… R5，切屑呈扇面形，卷曲过程中被展开成块状屑。

3）圆弧刃有效的增大了钻头的前角，降低切削力，减少发热，提高钻头耐用度。观察图2中B点的R1流屑方向，此处的刀刃内凹，主偏角已大于90°了，按前角计算公式计算，该处切屑流出方向实际前角约比直线刃的前角大了15°左右。为了对比，我画出了普通麻花钻、群钻、十字形修磨的双后角钻的前角分布曲线，如图3所示。曲线显示出刀刃处在不同半径点的前角数值，比较红、黑、兰三种颜色曲线可知，群钻从圆弧刃到钻心部分的前角比普通麻花钻、十字形修磨钻均要大出十几度。

钻头横刃的修磨方法可归纳为两类, 如图4所示:

a) 十字形修磨（国际上流行的方法）：把钻头横刃一半前面沿斜角方向磨出0°前角的小平面，另一半前面也磨出0°前角的小平面，沿钻头轴线观察就呈十字形。这种方法用夹具定位，控制简单，能显著降低轴向阻力。但钻尖强度不是很高，打钢件时横刃容屑空间不足，易崩口。并且要求砂轮圆角修整得较尖才能磨好。

b)内直刃形修磨（倪志福钻头创新方法）：将麻花钻螺旋槽两边近中心1/3直径刀刃（前角小于0°部分）和横刃的一部分磨成内直刃，既缩短横刃的长度，又增大钻心处前角，同时加大钻尖处容屑空间，保持了钻尖的较好强度。内直刃形修磨法对磨砂轮圆角无严格要求。合理的控制图5所示的内刃锋角2φ1’、内刃斜角τ、内刃前角γτ、横刃长ｂψ，就可实现钻尖有足够强度、最锋利的钻尖。

倪志福钻头手工修磨横刃操做，要求深刻理解、能够目测钻尖的修磨参数并有一定熟练程度。机械刃磨时，要求控制砂轮圆角半径，并调整好定位与运动轨迹，最终还要通过测量、再调整才能控制好ｂψ、τ、γτ参数。

图5 画出了群钻的几何参数： 三尖（B、B、E）七刃（左右外刃AB、左右圆弧刃BC、左右内刃 DE、横刃EE） 外刃AB 及后刀面的控制参数：锋角2φ、后角αf ； 圆弧刃BC及后刀面的控制参数：刃长L、半径R、后角αr ； 内刃DE及前刀面的控制参数：内刃锋角2φ1’ 、内刃斜角τ、内刃前角γτ； 横刃EE控制参数：横刃长Bψ、横刃斜角ψ。

21世纪以后，群钻已走向机械化、专业化生产阶段。上海哈申工具有限公司自2005年以来就一直销售群钻系列直柄钻头，得到广大用户的使用与赞赏。