對深孔鏜加工原理和工藝分析及刀具應用

陽煤集團華越機械有限公司（山西 陽泉 045008）王瀟綸

液壓缸在工程機械、礦山機械以及一些軍事裝備中廣泛應用，而且液壓缸對缸筒內孔表面粗糙度要求較高，通常設計要求表面粗糙度值Ra≤0.4μm。對于液壓缸筒內孔加工，目前國內采用較多的有兩種加工工藝，一種為冷拔管退火調質后進行珩磨（冷拔后的管內壁表面粗糙度值能達到Ra≤1.6μm，且壁厚均勻，另一種為毛坯管料調質后進行深孔鏜加工能達到表面粗糙度值Ra≤0.4μm的要求，而不需要進行其他加工。

液壓缸是許多機械設備的重要組成部件，靠著液壓缸與活塞桿做相對往復的運動實現其設計功能。以煤礦用千斤頂為例，液壓活塞桿腔密封性能國標要求在2MPa和1.1倍供液壓力下，液壓缸不應外滲漏。GB25974.2－2010要求液壓缸筒內壁密封配合面的表面粗糙度值Ra≤0.4μm。傳統的鏜削加工精鏜后的表面粗糙度值只能達到Ra≤1.6μm，為達到表面粗糙度要求，進一步的工藝處理成為必要。對于缸徑大于100mm的液壓缸筒，一般采用深孔鏜加工缸筒內壁。采用深孔鏜工藝的液壓缸筒工藝流程制定為：鋸割下料→熱處理→車削→深孔鏜粗鏜→深孔鏜半精鏜→深孔鏜精鏜→車削（見圖1）。

1.液壓缸筒深孔鏜工藝分析

（1）液壓缸筒一般為深孔（深孔是指孔深與直徑之比大于5而小于10的孔，此類深孔加工出來的缸筒可做成液壓缸和氣缸，在工業生產過程中可分為冶金缸和工程缸等）零件，深孔加工對于刀具的剛性要求較高，在切削力的作用下，刀桿會產生彎曲變形，使工件產生形狀誤差和徑向圓跳動等。再則液壓缸同內壁配合表面粗糙度要求較高，鏜削達不到Ra≤0.4μm的表面粗糙度值要求，為此深孔鏜采用滾壓進一步降低表面粗糙度值，在經過粗鏜、半精鏜、精鏜三次鏜削加工后，液壓缸筒內壁的表面粗糙度值達到Ra≤0.4μm。

圖1

（2）對深孔鏜加工液壓缸筒材料分析：以煤礦用液壓支架立柱和千斤頂缸筒材料為例，按照GB25974.2－2010中規液壓缸使用材料性能的要求，一般選用27SiMn，其材料供應狀態硬度≤217HBW，煤礦用液壓缸性能要求對其進行調質處理，調質狀態下27SiMn具有高韌性和高耐磨性。

2.深孔鏜加工原理分析和深孔鏜刀介紹

經過對深孔鏜加工工藝和液壓缸筒材料的分析，可知深孔鏜削加工成功需要解決的重要問題有兩個：一是如何提高深孔鏜鏜桿的剛性；二是采取何種措施改進刀具降低工件表面粗糙度值。所以深孔鏜床的刀具是深孔鏜中最為關鍵的技術。

深孔鏜床的加工原理：

（1）對深孔鏜床的介紹 深孔鏜床主要由床身、床頭箱和卡盤、托板（包括鏜桿固定架）、進給箱、中心架、授油器、鏜桿支架、馬達裝置、冷卻系統及液壓系統等部分組成，如圖2所示。

圖2 T2235深孔鏜床

深孔鏜床是加工圓柱形零件的專用機床，它可以鏜削通孔、階梯孔，也可以進行光整滾壓加工，鏜削方式為推鏜，排屑方式采用向前排屑，在生產中適用于大批量生產，也適用于小批量生產。以T2235為例，其鏜孔最大直徑為350mm，根據床身導軌長度及定制刀桿的長度，加工深度可達2～10m，加工表面粗糙度值達到Ra≤0.4μm。

（2）深孔鏜刀的加工原理 深孔鏜的液壓缸筒內孔成形原理是由缸筒毛坯料經粗鏜刀頭粗鏜完內孔之后，再由深孔鏜刀上的滾壓體通過和缸筒高速旋轉相對運動光整成形。深孔鏜滾壓刀頭的前部是鏜刀（也就是成形刀），它采用的是硬質合金涂層機夾刀片，后部是采用和軸承鋼類似具有高強高硬度的多個滾柱。由于滾柱具有高強和高硬度，經過滾壓的缸筒內孔會產生冷作硬化，表面生成光滑如鏡的表面硬化層，經粗糙度儀檢測，其表面粗糙度值可達到Ra＝0.1～0.08μm。而且缸筒內壁的硬化層使得缸筒不磨損。深孔鏜鏜刀如圖3所示。

圖3 深孔鏜鏜刀

目前國內生產深孔鏜床的廠家一般都不生產深孔鏜刀，而且生產深孔鏜刀的廠家也往往不生產深孔鏜床。深孔鏜刀的具體形式各有不同，但原理都是能實現金屬切削和滾壓作用的組合體（見圖4）。

圖4

3.深孔鏜加工中常遇到的問題

（1）工件鏜孔偏心。在生產過程中有時會出現鏜孔與工件外圓面同心度超差，導致圓柱形工件壁厚不均勻，產生廢品，出現這種現象原因如下幾點：①以T2235深孔鏜床為例，工件在深孔鏜床上靠錐盤、頂盤和工件兩端面45°錐面配合定位，如果錐盤和卡盤的錐面長時間磨損，或者裝夾工件時長時間的撞擊，導致錐面度數與安裝調試機床時出入較大，導致錐面定位精度失效。在生產過程中應避免工件在裝夾和拆卸過程中與機床產生劇烈的碰撞，做好機床日常維護。②工件兩端面定位錐面角度超差。在車削工件兩端面錐面時，以工件外徑為基準找正，且錐面的表面粗糙度值最好達到Ra=1.6μm，保證工件兩端錐面與深孔鏜床錐盤接觸的有效性。③工件在裝夾過程中未找正，工件與機床錐盤不同心。如圖5所示。

圖5

（2）工件深孔鏜后加工表面粗糙度值Ra＞0.4μm。深孔鏜削加工后，在轉入下道工序前，有時會檢驗出液壓缸筒內壁表面粗糙度值Ra＞0.4μm，產生這種現象的原因有如下幾點：①深孔鏜切削液防銹作用差，或者是加工后切削液不清理或者清理不干凈，導致加工面銹蝕，嚴重影響表面粗糙度值。在深孔鏜后，必須清理干凈切削液，并對工件內壁進行防銹處理。②在深孔鏜過程中，推鏜進給量選擇太大，與工件旋轉速度不匹配。③深孔鏜加工過程中背吃刀量選擇較大。

（3）深孔鏜后的工件內壁呈錐面、鼓面。由于深孔鏜所加工的工件都為深長孔，在工作行程超過一定距離時，鏜桿的剛性降低，在切削力用下，背吃刀量會逐漸降低或者工件過長而產生彎曲，導致鏜孔內徑變化，在檢驗時工件內孔圓柱度超差。在生產加工過程中，可以采用中心架減小由于工件剛性差導致的彎曲變形，可以減小背吃刀量避免由于鏜桿剛性不足造成的誤差。

4.結語

目前，深孔鏜工藝隨著新設備和新材料的應用也在不斷的改進更新，尤其是新材料應用于機械加工刀具和數控類深孔鏜設備的應用，對深孔鏜工藝的要求更加嚴格，合理的制定深孔鏜削工藝，對于產品質量和生產效率至關重要。