高速切削加工铝合金时，可供选择的刀具材料有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、聚晶金刚石等。试验采用直径1mm的硬质合金标准麻花钻在铝合金工件上钻孔，不使用切削液。刀具材料YG6A，工件为LY12硬铝合金。试验的主轴转速为8000~22000r/min，进给速度为12~60mm/min。改变主轴转速或进给速度加工各孔时，采集各钻孔过程中的轴向力和扭矩数据，研究铝合金微小孔钻削的信号特征，并对数据进行分析处理，进一步研究主轴转速和进给速度对钻削力的影响规律。
图2是主轴转速16000r/min、进给速度12mm/min试验条件下在铝合金工件上钻一φ1mm盲孔时测得的轴向力和扭矩时域信号。图中横坐标为采样点数。如图2所示，在入钻、钻削以及退刀的3个阶段钻头切削力信号台阶性变化十分明显。进一步，在钻削过程中随着钻孔深度的加大，入钻钻头部分长径比的逐渐增加，排屑趋于困难，钻削条件恶化，轴向力和扭矩呈逐渐增加的趋势。这样特点的轴向力和扭矩时域信号在试验中非常普遍。一旦出现切屑堵塞，轴向力和扭矩超过极限，直径微小的钻头即折断。研究铝合金微小孔钻削的试验也表明，切屑堵塞造成的钻头折断是钻头损坏的主要原因。
铝合金微小孔钻削工艺参数的影响规律
影响铝合金微小孔钻削工艺性能的因素，除刀具材料以外，主要是主轴转速和进给速度等钻削工艺参数。本节根据上述铝合金微小孔钻削试验结果，对采集的钻孔过程钻削力（轴向力和扭矩）数据进行分析处理，探索主轴转速和进给速度对钻削力的影响规律，以进一步研究钻削工艺参数对铝合金微小孔钻削工艺性能的影响。
钻削力数据分析处理的方法是，针对各孔加工中测的轴向力和扭矩数据，分别求其在钻削阶段数据的平均值，作为该孔加工中钻头承受的轴向力和扭矩试验值。
1 主轴转速对钻削力的影响规律
进行铝合金微小孔钻削试验，在12mm/min、24mm/min、36mm/min、48mm/min和60mm/min的不同进给速度下考察主轴转速对钻削轴向力和扭矩的影响。主轴转速为8000~22000r/min。
图3和图4分别为不同进给速度下改变主轴转速时各孔加工中轴向力和扭矩试验数据的汇总图。由此可知总体的趋势是：随着主轴转速增加，轴向力和扭矩逐渐减小；主轴转速为16000r/min时，轴向力和扭矩最小；之后，随着主轴转速增加，轴向力和扭矩又开始逐渐增大。上述规律并不因为进给速度的不同而改变。
2 进给速度对钻削力的影响规律
进行铝合金微小孔钻削试验，在8000r/min、10000r/min、12000r/min、14000r/min、16000r/min、18000r/min、20000r/min和22000r/min的不同主轴转速下考察进给速度对钻削轴向力和扭矩的影响。进给速度为12~60mm/min。图5和图6分别为不同主轴转速下改变进给速度时铝合金微小孔钻削加工中轴向力和扭矩试验数据的汇总图。同样，总体的趋势是：随着进给速度增加，轴向力和扭矩逐渐减小；进给速度为36mm/min时，轴向力和扭矩最小；之后，随着进给速度增加，轴向力和扭矩又开始逐渐增大。上述规律并不因为主轴转速的不同而改变。
3 试验结果分析
由以上试验结果可以得出，铝合金微小孔钻削中的最佳主轴转速是16000r/min，最佳进给速度是36mm/min。在此切削条件下进行钻孔加工，轴向力和扭矩最小。根据金属切削机理，切削力小，切削产生的热量少，切削区温度低，切屑熔结等粘刀现象减少，不仅刀刃磨损和缺损减少，而且刀屑摩擦减小，切屑处理性改善，切屑堵塞的风险降低。因此，有利于避免刀具折断，延长刀具寿命。
切削热是由切削功转变而来的，其中包括弹性、塑性变形产生的热量和所有摩擦产生的热量。主轴转速和进给速度增加，单位切除率增加，切削功增加，转变的切削热增加。使用切削液时，切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出。普通钻削时各传热媒介切削热传出的比例为切屑28%、工件52.5%、刀具14.5%、周围介质5%[5]。在高速切削条件下，切削热被切屑带走的比例大大增加。且切削速度越高，由切屑带走的热量越多，传入工件和刀具的热量就越少[6-7]。
