深孔加工技術(shù)改進(jìn)

中國船舶重工集團(tuán)公司第722研究所 （湖北武漢 430079） 楊德群 徐家品

孔的加工是機(jī)械加工中最常見的加工形式。當(dāng)長徑之比大于5時，則為深孔加工。隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展、新型材料的出現(xiàn)、加工精度要求越來越高，孔加工難度越來越大，深孔加工往往成為“卡脖子”工序。因而充分了解和認(rèn)識深孔加工的原理及特點(diǎn)，對提高深孔加工的效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量都是十分重要的。

1.深孔加工的特點(diǎn)

由于深孔加工是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，加工過程中無法觀察其切削狀態(tài)，故有其獨(dú)特的特點(diǎn)，具體如下：

（1）不能直接觀察到刀具切削情況，只能憑經(jīng)驗(yàn)、聽聲音、看切屑、觀察機(jī)床負(fù)荷和壓力表、觸摸振動等來判斷切削過程是否正常。

（2）切削熱不易傳散，須采取強(qiáng)制有效的冷卻方式。

（3）切屑不易排出，需要控制切屑長短和形狀，并進(jìn)行強(qiáng)行排屑。

（4）工藝系統(tǒng)剛性差，由于孔的長徑之比較大，鉆桿細(xì)而長，因而支承導(dǎo)向極為重要。

2.活塞桿的深孔加工

圖1 活塞桿

（1）加工零件特點(diǎn) 圖1所示零件為某型天線液壓綜合試驗(yàn)臺中的活塞桿，該零件采用45鋼實(shí)體棒料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理至硬度220～255HBW后制作而成。加工前的毛坯尺寸為φ150mm×3010mm，要求在毛坯上加工一深盲孔，孔徑為φ65mm、深2800mm，長徑之比達(dá)43倍。

（2）原始工藝裝備：最初所采用的工藝裝備：一是φ55mm鉆桿，其內(nèi)孔為φ28mm；二是φ65mm內(nèi)排屑式鑲硬質(zhì)合金鉆頭，如圖2所示。然后用過渡接頭把鉆頭和鉆桿聯(lián)接在一起。

（3）原始加工方法：最初所采用的加工方法是：首先在臥式車床加工引孔φ65.16mm×190mm，然后上深孔鉆鏜床，進(jìn)行鉆孔。加工時，主軸箱主軸轉(zhuǎn)速為112r/min，鉆桿箱轉(zhuǎn)速為81r/min，工件與鉆頭相對轉(zhuǎn)速為193r/min，切削速度為39.4m/min；進(jìn)給量為13.51mm/min，內(nèi)排屑冷卻油壓為0.3MPa。

（4）問題：剛開始鉆孔時還比較順利，待鉆頭在鉆入600mm深后，鉆桿發(fā)生顫抖；再鉆到740mm深時，鉆頭硬質(zhì)合金鑲塊擠掉或崩刃。后來連續(xù)換了兩個鉆頭，也將硬質(zhì)合金擠掉或崩刃。于是又連續(xù)換了一只高速鋼鉆頭，又導(dǎo)致切削部位過熱燒蝕、退火。此時，已鉆到800mm深處，就再也無法進(jìn)行下去了。

該工件完工日期迫在眉睫，即使花上幾千元聯(lián)系外協(xié)加工，也沒有哪個單位愿意承接。我們冷靜下來查找原因，現(xiàn)場分析，提出以下導(dǎo)致鉆頭損壞的原因：

一是內(nèi)排屑油壓過小，鉆桿排屑孔小且不圓，使排屑困難，切屑滯流在鉆頭切削部位，導(dǎo)致硬質(zhì)合金鉆頭切削部位擠掉或擠裂。

圖2 內(nèi)排屑式合金鉆頭

二是鉆頭的硬質(zhì)合金導(dǎo)向部分尺寸為φ64.95mm，小于所鉆出的孔徑尺寸，硬質(zhì)合金導(dǎo)向起不到支承導(dǎo)向的作用，其間隙過大，鉆桿顫動，鉆頭的硬質(zhì)合金撞擊工件內(nèi)壁，導(dǎo)致硬質(zhì)合金頭崩刃或撞掉。

3.加工改進(jìn)措施

（1）工藝裝備改進(jìn)：在對已加工的孔進(jìn)行了認(rèn)真的測量后，證明已鉆的800mm深的孔及其孔徑大小不一，都偏大，最小為φ65.20mm，最大為φ66.20mm。經(jīng)分析認(rèn)為，鉆頭的損壞是鉆頭導(dǎo)向塊未起到導(dǎo)向支承作用，且與切削前速度低、進(jìn)給量小而導(dǎo)致鉆削時失穩(wěn)、鉆桿顫動有關(guān)。

于是，在原有工藝裝備基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，具體做法如下：

針對已經(jīng)加工出的800mm深的孔，在車床上用木鍵支承的方式，將其擴(kuò)鏜至φ65.6mm，使孔徑差異減小，從而使其導(dǎo)向鍵真正起到支承導(dǎo)向的作用。

用調(diào)質(zhì)處理后的45鋼制作一個導(dǎo)向支承聯(lián)接套（見圖3），并采用樺木材料做導(dǎo)向鍵。木鍵的導(dǎo)向支承直徑為φ65.9mm，使其能緊貼管壁，經(jīng)浸油膨脹后，更能起到支承導(dǎo)向作用。

圖3 導(dǎo)向支承聯(lián)接套

（2）切削參數(shù)調(diào)整：在改進(jìn)了工藝裝備基礎(chǔ)上，又對切削參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，即：提高主軸轉(zhuǎn)速、鉆桿箱轉(zhuǎn)速、加工切削速度，加大進(jìn)給量，具體調(diào)整值如附表所示。

切削參數(shù)調(diào)整表

（3）改進(jìn)后加工：在加工過程中鉆桿振動較大，是因?yàn)槟炬I太緊，與孔壁摩擦力較大引起的，但切屑排出較為流暢，切屑為“馬蹄狀”，剩下的2m長的深孔僅用了70min就完成了。當(dāng)退出鉆頭時，鉆頭完好無損，測量退出后的導(dǎo)向木鍵尺寸為φ65.10mm。活塞桿內(nèi)孔孔徑檢驗(yàn)合格。

4.經(jīng)驗(yàn)與體會

通過以上深孔加工中的成功實(shí)踐我們總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和體會：

（1）進(jìn)行深孔加工，關(guān)鍵是引孔的加工，引孔的尺寸應(yīng)比鉆頭大0.01～0.03mm，表面粗糙度值為Ra=3.2μm。

（2）導(dǎo)向套的木質(zhì)導(dǎo)向鍵最好比鉆頭的實(shí)際尺寸大0.20mm，可減少摩擦力，又可真正起到支承導(dǎo)向的作用。

（3）為了使排屑順暢，油壓選0.4～0.6MPa為宜。

（4）切削速度為60～85m/min，給進(jìn)量應(yīng)為0.009～0.15mm/r。這條經(jīng)驗(yàn)在加工過程中體會最深，當(dāng)切削速度和給進(jìn)量增加到以上范圍時，反而切削平穩(wěn)，加工十分順暢。

通過對工件特性的分析，正確選取合適的裝夾方法、刀具材料、主要幾何參數(shù)及切削用量，可以很好地解決深孔加工中由于切削力和切削熱的影響，并且在保證工件加工質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。

5.結(jié)語

在科技高度發(fā)展的今天，新的材料，新的刀具，新的加工方法越來越多，應(yīng)用越來越廣，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何運(yùn)用合理的加工方法，最大限度地提高生產(chǎn)效率將是我們永不改變的目標(biāo)。