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    深孔(kǒng)加工工艺(yì),机加人必(bì)学(xué)的知识(shí)点!

    作者:点击(jī):1835 发布时间:2023-03-04

    什么叫(jiào)深孔?

    深孔是指孔深与孔径比L/d≥5的(de)孔,是机(jī)械(xiè)加工中的一道难题,尤(yóu)其(qí)是大深径比的深(shēn)孔加工(gōng),难点(diǎn)在于刀具细长,刚性差、强度低,易引起刀具偏斜,且散热困(kùn)难,排屑不易,经常产生(shēng)直径变大(dà)、出现锥形或(huò)孔偏(piān)斜等现象,从而达不到质量(liàng)要求。

    本文介绍的航空(kōng)发动机某喷嘴类(lèi)零件,孔径为Ф6mm,孔(kǒng)深为105mm,深径比达17:1。超(chāo)大的(de)深径比更增加了(le)此零件的加工难度(dù),为(wéi)了加工出合格(gé)孔,需制定合理的加工方案,选择合适(shì)的加工设备(bèi)和刀具。笔(bǐ)者经过试件的试切(qiē)加(jiā)工,选择合适的加工参数,确定了合(hé)理的加工方法。

    一、零(líng)件简(jiǎn)介

    某喷嘴类零件,总长为(wéi)105mm,杆部内孔为φ6+0.12mm,壁厚为2mm,表面粗糙度为Ra3.2μm,深径(jìng)比为17:1,属于(yú)深孔加工的零(líng)件,其材料为难加工的GH4169。这类(lèi)高温(wēn)合金孔加工相对(duì)于一(yī)般钢材(cái)切削(xuē)加工,刀具寿命要低50%以上,且加工效率低,成本高。高(gāo)温合金孔加工主要难点是:①切削(xuē)力大,消耗(hào)机床功率大;②孔加(jiā)工(gōng)是半封闭的切削,产(chǎn)生的(de)高切削热和切屑难以及时排出,远离刀尖,刀具磨(mó)损更为(wéi)剧烈;③用普通的钻削方法难以确保高温合金孔的精度要求。④高温合金孔加工中(zhōng),刀具磨损比加(jiā)工普通钢材快得多,且(qiě)需要切(qiē)削性能更好(hǎo)的刀具材料。为了解(jiě)决以上加工(gōng)难点,加(jiā)工此深(shēn)孔时,必须选(xuǎn)择合(hé)适的(de)加工设备和刀具,确保零(líng)件的加工精度。

    二、加工工艺设计和(hé)分析(xī)

    零件(jiàn)深(shēn)孔加工选用常规的钻(zuàn)削方(fāng)式,需加长麻花钻,而(ér)且要断屑(xiè)加工,不仅加工(gōng)精(jīng)度低、表面粗糙度差,加工效率低、操作者劳动强度大、质量难以确保,而且很容易引(yǐn)起堵(dǔ)屑或折断钻头,造成更大的加工困难,因此刀具选择(zé)深孔加工专用(yòng)刀具。设备的选用(yòng)考虑到本公司产品(pǐn)类型多,深孔加(jiā)工产(chǎn)品结(jié)构差异大,且生产批量较小,不可(kě)能购置深孔加工专(zhuān)用机床,为了更好地(dì)确保(bǎo)深孔(kǒng)精(jīng)度要求,结合工厂实际,选择合适的加工设备来(lái)满足(zú)深孔加工的技术要求。

    1.刀具的选(xuǎn)择

    深孔加工的刀具有多种,如枪钻(zuàn)、喷(pēn)吸钻、套料(liào)钻、硬质合金可转位深孔钻、内排屑(xiè)深孔(kǒng)钻(zuàn)和亚干式(shì)深(shēn)孔加工系统等类(lèi)型。

    喷(pēn)吸钻适用于经改装的车床、卧式(shì)加工(gōng)中心,易加工工件材料;套料钻、内排屑深孔钻的钻孔直径不适合钻加工Ф6mm的小(xiǎo)孔(kǒng);硬质合金可(kě)转位深孔钻(zuàn)一般小钻削直径为Ф20mm;而亚干式深(shēn)孔加工系统主要是利用(yòng)压缩空(kōng)气进行排屑和冷(lěng)却,使用雾(wù)化切削液进行润滑,需专(zhuān)用的(de)加工设备,不适合本厂的加工情况。而枪钻适用于(yú)加工Ф2~Ф20mm、长径比L/D>100、表面粗糙度Ra6.3~Ra0.4μm、精(jīng)度H7~H10级(jí)的深孔。

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    经对上述几(jǐ)种深孔加工(gōng)刀具的对比及本厂(chǎng)的实际情况,研(yán)究决定采用枪钻进行(háng)此深孔的加(jiā)工(gōng)。枪(qiāng)钻的基本结构如图2所(suǒ)示。枪钻由硬质合金钻尖、钻杆(gǎn)和刀柄三部分组(zǔ)成。枪(qiāng)钻钻尖上开有油(yóu)孔,以加强钻头冷(lěng)却润(rùn)滑和使切屑顺利排出,并选择(zé)韧性和抗振性均(jun1)较佳的硬质合(hé)金作为基体,表面可涂TiC或(huò)TiN,以提(tí)高钻头的硬度和(hé)抗磨损性;钻杆一般选用40Cr无缝钢管。其(qí)原理是(shì)高压油由(yóu)钻杆(gǎn)后部中孔注入,经(jīng)腰形孔到达(dá)切(qiē)削(xuē)区后迫使切屑随切削液由(yóu)V型槽与工件孔壁间空(kōng)间排出,故称外排屑。此类深孔钻前角一(yī)般为(wéi)0°,以便(biàn)制造(zào)。它无横(héng)刃,钻尖偏离轴线,钻(zuàn)孔时钻尖前(qián)方形成小圆锥,可(kě)使切屑在钻尖(jiān)处断离为(wéi)两段,使(shǐ)之较(jiào)易排出。

    2.设备

    枪钻是(shì)用来钻削回转工件(jiàn)中心上的孔(kǒng),加工时,通常是工件旋转,钻头作直线进给,较适用于(yú)加(jiā)工中心及配备高压冷却系统的(de)车床与立式机床(chuáng)、刀具或工(gōng)件旋转场合(hé)。综合考虑枪钻(zuàn)加工(gōng)的(de)应用场合及公司现有设备情况,在此零(líng)件加工(gōng)时,笔者(zhě)选择了(le)车铣复合加工中心,此设备既可实现零件旋转,又配备高(gāo)压内(nèi)冷系统(tǒng),满足枪钻(zuàn)的(de)应(yīng)用场合。可以(yǐ)进行钻(zuàn)孔(kǒng)加工。

    3.枪钻引导孔加工(gōng)

    枪钻属于非平衡钻头,不平衡的槽形意味着切削力不平衡(héng)。为了(le)减(jiǎn)少钻头周边的径向切削(xuē)力,需要靠导套或引导(dǎo)孔分担(dān)。典型(xíng)的枪钻机床(chuáng)上配有(yǒu)枪钻引导套(tào),而本例所选的车铣(xǐ)加工中心(xīn)不是枪钻(zuàn)专用(yòng)机床,没有配备导(dǎo)套,且没有夹具,无法设计导套。因此,笔者考(kǎo)虑用钻削引导孔的(de)方式来(lái)平衡枪钻(zuàn)切削力。通过(guò)大量(liàng)实验数据(jù)得出:枪钻(zuàn)引(yǐn)导孔的(de)深度(dù)应为1~2倍枪钻直径(jìng),直径应比枪钻钻头直径大0.004~0.012mm较合适。

    4.工艺试验与分析

    深孔加工工序草图如图3所示,用软(ruǎn)三爪装夹(jiá),以(yǐ)定位,夹紧(jǐn),按车端面→钻导向孔→钻深孔的顺序进(jìn)行零(líng)件的深孔加工。钻导向孔时,以(yǐ)不同厂家的钻头按不同切削参数进行(háng)试验加工(gōng);钻(zuàn)深(shēn)孔时,我们选(xuǎn)择(zé)了伊斯卡的枪钻,以不(bú)同(tóng)的加工(gōng)方法和不同的(de)切(qiē)削(xuē)参数(shù)进行了多个孔的钻削试验(yàn)。

    1)引导(dǎo)孔加工

    钻引导(dǎo)孔时(shí),在满足(zú)枪钻引导(dǎo)作用的前提(tí)下,笔者也兼顾了刀(dāo)具成(chéng)本问(wèn)题(tí),分别选(xuǎn)择进(jìn)口的伊斯卡中空内(nèi)冷合金钻(zuàn)头(tóu)和国产的四平合金钻头进行了试切加工。经过多个孔(kǒng)的试验加工,发现进口(kǒu)刀具切削参数比国(guó)产刀具要高(gāo)许多(duō),转速(sù)可以达到(dào)2500r/min,进给率为50mm/min,而且(qiě)较抗磨损(sǔn),但费用较高;国产(chǎn)刀具的切(qiē)削参数偏低,转速为600r/min,进给率仅为20mm/min,加工(gōng)效率(lǜ)远低(dī)于(yú)进口刀具,费用同样远(yuǎn)远低(dī)于进口刀(dāo)具的费用。经(jīng)试(shì)验,两种刀(dāo)具的加工质量相似。因为此零件的批量小且(qiě)加工件数少,在满足加工质量的前提下,我们选(xuǎn)择了费用较(jiào)低的四平合金钻头。

    2)深孔加工(gōng)

    深孔加工我们采用了(le)两种加工方(fāng)案进(jìn)行试验加工(gōng):一(yī)种是进入导向孔和退出深孔时,均采取小于钻削时(shí)转数和进给率的方(fāng)法进行深孔加工;另一种是以较低转(zhuǎn)数和(hé)进给率反转进入导向孔,以零转数和(hé)G0的速度(dù)快速退出深孔的加工方法(fǎ)。经过(guò)试验(yàn)加工发现:一(yī)种加工方法加工效率低且零件表面质(zhì)量差,而第二种加工方法,加工效(xiào)率(lǜ)高且质量较好。因此,在确保足够冷却压力的(de)情况下,选择第二种(zhǒng)加工方法进(jìn)行了刀具寿命试验。试验过程中发现,1把(bǎ)枪钻加工到第(dì)4件(jiàn)零件(jiàn)时,加(jiā)工(gōng)声音异常,于是调低进给倍率为90%,继续加(jiā)工,可顺(shùn)利完成第4件和第5件(jiàn)的加工,但加工到第6件时(shí),加(jiā)工到孔深78mm时,钻头折断。经过试(shì)验(yàn),在调(diào)低进给倍率的情况下(xià),1把枪钻加工5件零件,可(kě)防止钻头折断。

    在某些加工范(fàn)围内,枪钻能(néng)解决(jué)麻花钻不能解决(jué)的(de)深孔和高(gāo)精度(dù)孔加工问题(tí),可钻出一个(gè)直线度高(gāo)、表面粗糙度好的孔。而且在固定所有因素(sù),如主轴转速(sù)、进给速度和冷却液压力后,深孔钻这个工序便成为一个简易的“标准”工序(xù),不受操作员技术的影响,只要是一个高(gāo)质(zhì)量的枪(qiāng)钻便可在(zài)生产(chǎn)过程中提供一致(zhì)的表现。它不仅适(shì)用于专用(yòng)枪钻机床(chuáng),同时在高压内冷和导向满足的情况下也(yě)适用于(yú)车铣复合(hé)加工(gōng)中心和数控车床,经济适用性强,有一定的推广(guǎng)价(jià)值。


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