深孔的鏜削加工

胡新華

1.加工方案分析

在深孔的鏜削加工中按照進給方式的不同分為推鏜法和拉鏜法兩種。

推鏜法按其不同的排屑方式又分外排屑推鏜法和內排屑推鏜法。

1.1.1.外排屑推鏜法

外排屑推鏜法的冷卻液由油泵輸入輸油器，通過鏜桿外圓與已加工內孔之間的環形空隙流入切削區，可以充分起到鏜刀導向塊（條）的強制潤滑冷卻和消振作用，并將切屑通過坯孔沖向鏜床床頭方向進入集屑箱。

1.1.2.內排屑推鏜法

內排屑推鏜法的冷卻液輸入方式和外排屑推鏜法相同，而冷卻液的回流方式則是強制切屑從鏜刀體上的排屑孔通過鏜桿內孔向后排到集屑箱。這種排屑方式不僅能起到強制冷卻和消振作用，而且迫使全部切屑從鏜桿內孔排出，又稱BTA鏜削法【1】。

推鏜法在鏜削加工過程中，鏜桿始終處于軸向受壓的工作狀態，易引起鏜桿的彎曲及振動，產生孔加工的直線性誤差。但由于加工較大孔徑時，鏜桿外徑可達孔徑的80～85%，故鏜桿剛性一般都能滿足要求。此外，推鏜法鏜刀導向套的裝夾也十分方便。

外排屑推鏜法由于排屑空間相對大些，對鏜刀切削時的斷屑要求也較寬，短時間出現一些長切屑不會影響鏜削效果，并可以通過改變工藝參數達到斷屑效果；內排屑推鏜法由于排屑空間極為有限，要求切屑成“C”字形，一旦出現帶狀長屑將會堵塞排屑孔，損壞鏜刀，劃傷孔壁。從對密封裝置的要求看，外排屑推鏜法對切削液壓力要求較低，通常由內孔倒角與金屬環接觸密封即能達到要求；內排屑推鏜法是一個（機床-工件內孔-鏜桿間）封閉切削液通道，切削液壓力高，故工件內孔與機床的密封要求較為嚴格，一般選用工件內孔與橡膠密封環接觸密封。

1.1.3.組合鏜刀推鏜法

組合鏜刀即推鏜、精鏜、浮鏜、滾壓組成一體，一次走刀完成鏜削。這種方法的優點是工序集中，輔助工時短，但存在刀具結構復雜、笨重，刀具成本高，鏜削時切削余量、切削速度和進給量等參數相互制約的缺陷。同時組合鏜刀切削力比較大，鏜桿剛性差時易振動，這些均直接影響內孔的加工質量，故國內加工深孔時采用此工藝的較少。

1.2.拉鏜法

拉鏜法鏜削的加工過程中，鏜桿始終處于軸向拉伸狀態下工作，鏜削時冷卻液從鏜桿內孔輸入，將切屑從鏜桿外表面和毛坯孔的間隙中排出。這種排屑方式易使鏜桿外表面被切屑劃傷，為擴大其排屑空間，拉鏜法鏜桿外徑一般比推鏜法推桿細。為提高生產效率，減少輔助工時，這種加工方法均采用組合刀具加工，即一次走刀完成鏜削，優點是工序集中，輔助工時短，內孔加工的直線性好，但同樣也存在刀具結構復雜笨重、刀具成本高，各工藝參數相互制約的缺陷。另外，拉鏜法還存在刀具裝夾比較麻煩的缺陷。

由上對兩種鏜削加工方法比較所述，深孔加工采用外排屑推鏜法相對有利。它具有排屑空間大，端面密封簡單可靠，缸筒刀具裝夾方便，切削參數不相互干涉，鏜削后還有浮鏜、滾壓加工，廢品率較低。

2.加工余量的選擇

2.1.毛坯料問題

毛坯料的坯孔不規則，坯孔軸線方向呈波浪形，徑向呈不規則多邊形，因此在鏜削時存在如下問題。

2.1.1.切削余量不斷發生變化，斷屑困難。

2.1.2.毛坯中的氧化皮硬度較高，刀具磨損大。

2.1.3.孔形彎曲多變，迫使刀具向內壁薄方向偏移，孔的直線性差。

2.2.加工余量

在選擇毛坯余量及工步間的余量時主要考慮如下問題：

2.2.1.產品質量，設計上的重量要求。

2.2.2.孔徑太小。

2.2.3.在保證切除上道工序殘留的缺陷的前提下，盡量減少加工余量。

2.2.4.上道工序加工后各表面相互位置的空間偏差，熱處理所產生的變形和尺寸變化。

2.2.5.上道工序表面粗糙度。

例：在選擇Φ125缸筒毛坯時，根據以上幾個方面及生產經驗，毛坯材料選為Φ148*16熱軋鋼管，各工步間的余量分配見表1。

缸筒類毛坯料彎曲對鏜削效果有較大影響，彎曲度大的材料無法鏜削，需校直缸筒毛坯，對有熱處理要求的缸筒采用兩次校直工藝。熱處理后再校直一次，將缸筒毛坯料的彎曲控制在0.25mm/m范圍內時，鏜削效果好。

3.單刃深孔推鏜刀

3.1.刀具材料

深孔鏜削過程中，刀片不僅要承受切削力，而且還要承受沖擊擠壓振動等交變載荷，所以要求刀片材料既要有較高的強度，又要有較好的抗沖擊性能及耐磨性。經切削對比試驗，YW2、YW3牌號的硬質合金，它們均具有良好的切削性能。

3.2.復合導向鏜刀

外排屑單刃推鏜刀（圖1），鏜刀體前設有d圓凸臺，作為對刀和測量導向塊的基準。為增加刀頭支承面減少彎曲變形，并便于設計成微調鏜刀，鏜刀9與內孔軸線的垂直線成20°～25°夾角，鏜刀體1上設有兩個導向塊5，用楔塊4夾緊，其作用是，當鏜刀脫離導向套后，鏜刀依靠切削刃刃帶和導向塊支承在孔壁上，以后的鏜削則依靠這種自導向作用進行鏜削。在導向塊5后面裝有三條導向條3和6，開始鏜削時他們與輸油器中導向套配合，起導向定心作用。鏜刀9采用焊接機夾結構，具有微調機構，鏜刀頭與鏜桿采用矩形方牙螺紋聯接。

鏜刀頭上的導向塊（條）結構材料壽命對內孔鏜削效果有很大影響，我們根據鏜刀的受力分析及導向條的磨損規律設計了一種復合導向條鏜刀。圖1中導向條6采用夾布膠木材料，組成復合導向條結構，經生產實踐有以下幾個優點：

3.2.1.導向條的耐磨性比全膠木導向條提高十幾倍，同時導向塊的耐磨性也得到提高，改善了鏜刀走偏現象。

3.2.2.由于導向條尺寸保持性好，摩擦阻力小，導向平穩，鏜刀始終具有極高的導向精度。

3.2.3.輔助工時短，加工成本低，生產效率高。

3.3.鏜刀的主要幾何參數

深孔鏜刀的幾何參數主要是解決可靠斷屑和主偏角的正確選擇。主偏角要考慮能合理控制徑向分力，既要滿足穩定導向的要求，又要減輕導向塊的磨損。若切削深度和進給量一定，主偏角加大時，切削厚度也增大，對切屑斷屑較為有利。但軸向力也隨之增大，鏜桿彎曲也會加劇。由于傾斜裝刀，故Kn工作=Kn+（20°～25°），故Kn工作= Kn-（20°～25°），見圖2。

前角γ0是鏜刀的重要幾何角度，其大小直接影響切削力及刀具耐用度。此外，前角還要考慮斷屑槽形等因素。

后角α0應根據本工序的加工要求，力求減少摩擦，保證鏜刀強度，減少沖擊。

斷屑槽選用直線圓弧形斷屑槽，斷屑槽與主切削刃成外斜式或平行式。斷屑槽寬度Wα為3.5～4.5mm，槽底圓弧曲率半徑Rα為（0.4～0.7）Wα，槽深為（0.4～0.5）Rα。

4.工藝參數的選擇

為提高生產效率，多選用切削速度高一些，但要兼顧機床的剛性及鏜刀耐用度，切削速度太高會加劇工件的振動，損壞刀具。

進給量的大小直接影響內孔的加工質量和生產效率，同時還影響斷屑效果。可根據毛坯孔的切削余量和內孔的長徑比選取進給量，有時通過改變進給量來達到斷屑效果。進給量過小，會降低生產效率，增大刀具磨損。

粗加工的切削深度要根據孔的加工余量以及機床、夾具、刀具系統的剛性來確定，在留夠半精加工、精加工余量的前提下，應盡量將粗加工余量一次切掉。但由于毛坯材料變化大，當粗鏜切削余量較小時，內孔可能留有沒鏜的凹面，將引起導向塊失去支承面，造成鏜偏和鏜刀崩刃現象。這種情況下，可以直接進行半精加工，使鏜刀避開凹面，同時鏜刀尖還可避開硬度較高的氧化皮，提高了刀具耐用度。

表2列出了粗鏜、半精鏜、浮鏜、滾壓工步的切削用量，供參考。

5.鏜刀的使用

5.1.導向塊（條）

導向塊的數量和位置角的研究，在國內外已有較多的文獻報導，我們是選擇兩塊導向塊，其位置角α為80°～85°，α1為180°。導向條選擇三條，其位置角α2為10°，導向條之間夾角為120°（參見圖1）。導向塊前端對切削刃的后移量（L）取3～4mm，以防止導向塊參與切削。導向塊的寬度和長度確定應以導向塊與孔壁間能夠形成潤滑油膜為原則，導向塊（條）材料選用YG8。雖然YG8材料對鋼件有親和性，但由于潤滑條件好，材料耐磨性較好，能夠滿足使用要求。導向塊（條）加工時兩側面應修磨成倒角，以利于形成切削油膜。

5.2.導向套

導向套在開始鏜削時與導向條配合起導向定心作用。導向套內孔精度取H7，長度取0.8～1D，材料采用合金工具鋼淬火處理。

5.3.定位與連接

鏜刀頭與鏜桿一般由兩個定位圓和一個端面定位，由三頭方牙螺紋聯接：定位圓精度取H7，定位端面與定位圓保持垂直，兩定位圓同軸度應控制在0.015～0.03mm之間。方牙螺紋應適當車松些，以免螺紋干涉，降低定位精度。

5.4.鏜刀安裝角

鏜刀應避免在垂直平面內安裝，以免鏜刀及鏜桿的自重引起孔徑誤差及振動。鏜刀安裝角應以水平面成40°左右較好，這樣加工時的振動較小。

5.5.注意事項

鏜刀對刀尺寸應比較準確，保證導向塊略低或與刀刃回轉軌跡重合。若導向塊高于刀刃，勢必使導向塊參與切削或較強地擠壓，影響加工質量，甚至損壞刀片。

鏜削過程中應盡量避免在加工過程中停車，特別是半精鏜工序。鏜削中一旦出現異常，如儀表指針劇擺，冒濃煙，劇烈振動等應立即先停止進給，再停止主軸及油泵。半精鏜工序中停車產生的內孔劃溝，浮鏜后有時仍不能完全消除，將造成廢品。

參考文獻：

[1]金屬切削理論與實踐（中冊） 北京出版社 1985