提高深孔鉆床刀具耐用度

陳娜， 盧威（張家界航空職業技術學院，湖南張家界427000）

0 引言

深孔加工一直是機械加工的一個棘手問題，極易造成打刀，而且刀頭合金斷在中部，導致零件報廢，給工廠造成了極大的浪費。深孔鉆床加工能力較低，工序經常造成在制品積壓，影響后工序加工，使整個流水線生產節拍不能滿足后工序的要求，并且由于內孔加工內表面質量不高，容易給超聲波工序造成誤判，影響整批零件的加工流程，大大降低工作效率，是現場加工中影響產品質量、交付周期和合格率的難點之一。

找到影響深孔加工質量、效率的主要因素，提高設備能力，找到提高刀具耐用的方法和影響設備能力的主要因素成為解決深孔加工問題的主要方向。

1 影響深孔加工能力的主要因素

深孔加工的關鍵技術是刀具、冷卻排屑和導向問題，解決好上述關鍵技術問題，設備加工能力自然得到提高。

1.1 刀具問題

通過試驗觀察，刀具問題主要集中在刀片磨損、鉆頭損壞兩方面。

在加工中刀口變鈍但未及時修磨易造成刀片磨損，另一種情況是由于切削冷卻油冷卻不良所導致，在加工過程中應經常檢查刀具刃口是否鋒利，并及時修磨切削刃。

在鉆孔過程中，如果進給過快，或者采用手動進給并且進給不均勻，都容易導致鉆頭損壞。及時調整進給速度，選取最佳進刀量，并盡可能采用自動進給，就可避免這種情況的發生。

1.2 排屑問題

主要表現在不斷屑、切屑太大等幾個方面。

1）不斷屑。原因主要分為：（a）切削冷卻油被鐵屑細末所污染，應定期檢修或者更換過濾器，定期更換切削冷卻油；（b）在鉆孔過程中切削刃口崩缺可能導致不斷屑，應及時修磨切削刃；（c）機床轉速過高，切削刃點線速度過高，會導致切屑不斷。

2）切屑太大。在鉆孔過程中，切削槽過大或者過淺，槽R半徑太大等原因容易導致鐵屑太大，不能被沖出，堵塞鉆頭的現象產生，因此調整減小槽R半徑，選擇合理

斷屑槽，可避免這種情況的發生。

3）切屑形狀異常。在深孔加工過程中，切屑形狀產生原因主要有：（a）零件材料硬度不均勻，可預先進行處理；（b）進給機構存在故障，進給不均勻導致，應及時檢查進給機構的受損情況。

1.3 導向問題

主要表現為表面粗糙度值高、內表面有振刀痕跡，零件內孔呈現喇叭孔，導致壁厚不均勻。

1）表面粗糙度值高。原因主要有：（a）鉆桿中心沒有對準零件回轉孔中心，應及時檢查調整機床，使零件中心與鉆頭中心一致；（b）在鉆孔過程中斷屑槽偏離中心線，應及時修磨斷屑槽。

2）內表面有振刀痕跡。在鉆孔過程中，工件彎曲較大或鉆桿中心沒有對中，應及時檢查調整機床和檢查零件彎曲程度，可避免這種情況的發生。

3）零件內孔呈現喇叭孔導致壁厚不均勻。在深孔加工過程中，呈現喇叭孔形狀的產生原因主要有：引導孔過大或調整鉆桿中心沒有對中導致，應檢查引導孔尺寸及鉆桿跳動是否過大等情況。

2 解決措施

通過上述的深孔加工過程分析，經過仔細研究和多方實驗，發現設備能力的提高和鉆頭壽命的延長要考慮多方面因素的影響，包括機床調整、零件狀態、排屑情況、冷卻油潔凈度等多方面因素。

2.1 設計新刀具

針對鉆頭過度磨損、壽命較短的情況，綜合冷卻、排屑等因素，為了增加排屑量，調整鐵屑大小，新設計了兩刃切削和三刃切削兩類實驗鉆頭，同時縮短了合金引導條，擴大了刀具內孔，增大了液壓流量，調整減小槽R半徑，選擇合理斷屑槽，調整了連接部位多線方牙螺紋頭數和深淺，同時減小鉆頭長度，便于調整。

通過現場實驗，三刃切削刀具由于縮短了刀體長度，擴大了排屑內孔直徑，經過試加工發現，刀體剛度較弱，實際使用效果不理想，刀體易變形，切削刃易崩刃。

兩刃切削刀具縮短了合金引導條，調整減小槽R半徑，調整了連接部位多線方牙螺紋頭數和深淺，鐵屑排除較順利，并且大小均勻，首批試制效果良好。

2.2 調整封油機構

針對解決內排屑雙刃錯齒深孔加工中冷卻排屑出現的問題，認為改變封油方式，由原來的端面封油方式，調整為端面加倒角封油方式，自制錐度封油盤加裝在封油器上，冷卻壓力由原來的最大1.75 MPa，上升為2.5 MPa，油壓調整范圍增大，冷卻油流量可進行調整（分為100 L/min、200 L/min、300、400 L/min等 4檔），有利于排屑和鉆頭冷卻。一般來說，加工大孔時用大流量，加工小孔時適宜用小流量進行冷卻。

2.3 確定加工參數

解決了工裝刀具、冷卻問題，在加工過程中機床調整、切削參數的選擇也十分重要，由于是比較典型的一種細長軸類零件，除了要保證加工零件兩次鉆孔直徑尺寸要求，還應保證壁厚差技術要求，因此在實際鉆孔加工中，還應確定好加工參數和設備調整參數。

1）機床液壓系統的調整。液壓系統分為零件夾緊系統和零件頂緊系統的調整，對于具體工作情況，夾緊壓力P1按照以下公式計算： P1＝F·q， （1）

式中：Fa為對工件的頂緊力，N；F1為冷卻液壓力所產生的力，N；q 為受油器的機構系數，該機床取 8.6×10-5，1/mm2。

在加工零件時，液壓系統夾緊工作壓力P1調整為5.85 MPa時，代入式（1），可以在零件上加軸向夾緊壓力為6 802.3 kN。啟動油泵，調整油泵壓力螺釘，觀察溢流閥壓力表達到5.85 MPa，零件夾緊力即可達到要求。

在實驗加工零件時，采用小端用床頭箱端四爪卡盤夾緊，另一端用錐度盤頂緊工件定位方式進行加工，因此對于具體工件，頂緊壓力P2按照以下公式計算：

式中：A為頂緊液壓缸的工作面面積，m2，A=0.016 34 m2；當床頭箱端四爪卡盤夾緊時，Fa=0.3W。其中：W為零件重量，N；0.3 為經驗系數。

當兩端均用錐度盤頂緊時：

式中：U 為摩擦因數，U=0.1；M 為切削力矩，N·m；R 為工作外圓半徑，m；α為錐度盤斜角45°。

在加工零件時，液壓系統工作頂緊壓力調整為1.2MPa時，代入式（2），可以在零件上施加的零件軸向夾緊壓力P2為19.6 kN。啟動油泵，調整油泵壓力螺釘，觀察溢流閥頂緊壓力表達到1.2 MPa，零件頂緊力即可達到要求。

2）切削參數的調整。在零件的加工過程中，我們反復調整切削參數進行多次實驗，記錄刀具的磨損情況、零件的加工情況。當轉速為219 r/min，進刀量為16 mm/min，切屑較長，刀具磨損較大；當調整轉速為174 r/min，進刀量為20 mm/min時，鐵屑大小和刀具磨損情況較好。

3 實驗效果

經過現場初步驗證，采用該批刀具取得了較好的效果，零件加工時間平均為135 min/件，在深孔加工方面，解決了瓶頸問題，深孔鉆床加工能力得到了很大提升，加工內軸由原來的1～2根/d提高到3～4根/d，每根內軸的刀具平均消耗由原來的2～3把降低到1.4把，以每年300根計算，節約刀具費用約16.5萬元；總工序消耗時間由原來的1 715 min縮短到1 250 min。試驗結果見表1。

表1 試驗結果

4 結語

綜上所述，經過對問題的各方面綜合分析和現場的多次實驗，通過對工藝方法的調整和工藝參數的優化，設計新的刀具，最終滿足了生產節拍要求和技術要求，收到了良好的效果，為零件的高質量交付提供了技術保證。通過此加工方法的應用，又向其它軸類零件深孔加工進行了推廣，均取得了良好的效果。

同時注意到，在深孔加工過程中，必須根據材料，合理地調整鉆頭的相關參數，在調整機床、刀具、工裝的同時，確認機床各個部分、液壓系統、自動潤滑系統、油溫是否正常。只有當信號儀表都顯示正常時，方能進行加工，在鉆孔過程中，要經常檢查斷屑情況，鉆頭是否磨損，工作時應以聽、看、摸等方法進行深孔鉆削的跟蹤監視。