錯齒BTA中間齒斷屑槽的實驗研究

李夢龍，張偉，賀鳳寶，胡建忠，喬華

(大連工業大學機械工程與自動化學院，遼寧大連 116034)

BTA深孔鉆［3］是內排屑深孔鉆的一種典型結構，它是在單刃內排屑深孔鉆的基礎上改進而成，其切削刃呈雙面錯齒狀，切屑從雙面切下，并經雙面排屑孔進入鉆桿排出孔外。BTA深孔鉆切削力分布均勻，容易分屑且斷屑性能好，鉆削平穩可靠，鉆削出的深孔直線性好［1］。

某公司在使用錯齒BTA鉆孔時，出現了斷屑不好的狀況。斷屑問題是BTA鉆削中遇到最多，也是最主要的問題［2］，其中中間齒加工條件最差。為了解決斷屑問題，改變刀具的中間齒斷屑槽槽寬進行對比試驗，得到切削力和切屑。

1 實驗方法

通過使用3支中間齒斷屑槽槽寬L不同、其余參數相同的φ20 mmBTA刀具，在較合理的加工參數下鉆削45鋼，并分析中間齒斷屑槽槽寬L對中間齒斷屑的影響。

實驗刀具是采用從美國EJ Co.INC購買3支參數相同的BTA鉆頭，如圖1。

圖1 錯齒BTA

為了排除其他參數對切削實驗的干擾，3支刀具 選擇了共同的幾何參數［5］，只有中間齒的斷屑槽槽寬L不同。3支刀編號為1、2、3，其中1號刀用EJ公司推薦的參數，其余兩支刀對中間齒的斷屑槽槽寬L進行刃磨，3支刀中間齒斷屑槽槽寬L分別為1.61 mm、1.23 mm、1.87 mm。其共同的主要幾何角度參數如表1所示。

表1 3支試驗刀具共同幾何參數表

被加工工件材料為45鋼，45鋼因為其良好的綜合機械性能而被廣泛應用，故對其進行鉆削實驗具有普遍的指導意義。

2 對比實驗及結果分析

2.1 對比實驗

在較合理的切削參數 (進給量0.20 mm/r)下，用3支刀具鉆削45鋼，鉆孔孔徑為φ20 mm，孔深120 mm，切削速度62.8 m/min，油壓2 MPa，鉆削過程中用YDZ-II02壓電鉆削測力儀記錄切削力，收集切屑，并對所得到的數據和切屑進行分析。

2.2 實驗結果與分析

將表2的數據繪制成柱狀圖 (如圖2)，從圖中可以看出，3號刀具的軸向力和扭矩均為最大，觀察切屑可以看出，其中間齒不斷屑，切屑積壓纏繞在副排屑口不能排出，使其切削力增大，與中心齒和外齒抵消后的作用力轉化為第二導向條的正壓力，增大了第二導向條與孔壁的摩擦，所以扭矩和軸向力均增大。1號和2號刀具的切屑稍短，反映到第二導向條的正壓力相對來說較小，切削力較3號刀具來說減小［4］。

表2 3支刀具鉆削45鋼軸向力和扭矩的數據表

圖2 3支刀具扭矩、軸向力折線圖

3支刀在轉速1 000 r/min、切削速度62.8 m/min、進給量為0.20 mm/r下的切屑形態如圖3所示。

單管鉆功能正常的一個重要因素是切屑能夠順利地通過鉆頭和內鉆管。因而，切屑的形成應排在第一位。3支刀具的外齒和中心齒的斷屑槽參數相同，所以切屑形態大致相同，但中間齒的斷屑槽卻有明顯的不同:2號刀的斷屑槽槽寬L最小，附加給切屑的變形力最大，所以切屑為理想的C型屑;1號刀的斷屑槽槽寬L大于2號刀，其中間齒的切屑較長;3號刀斷屑槽槽寬L最長，其切屑的變形最小，附加變形力不足以使切屑折斷，導致形成長條型的切屑。

綜合切削力和切屑兩方面的分析得出:2號刀具切削性能最好。

圖3 3支刀具的切屑

3 結論

(1)錯齒BTA鉆中間齒的斷屑槽槽寬對中間齒的斷屑有影響。在切削速度為62.8 m/min，進給量為0.2 mm/r下加工45鋼，中間齒斷屑槽槽寬較窄時，中間齒斷屑效果明顯，切屑呈C型屑，而中間齒斷屑槽槽寬較長時斷屑不好，切屑呈長條型。

(2)中間齒不斷屑，會影響第二導向條的摩擦力，使軸向力和扭矩突變。

［1］何定健，李建勛，王勇.深孔加工關鍵技術及發展［J］.航空制造技術，2008(21):93－97.

［2］李英，曹選平.BTA深孔鉆斷屑研究［J］.工具技術，2007，41(11):94 －97.

［3］RICHARDSON R，BHATTI R.A Review of Research Into the Role of Guide Pads in BTA Deep-hole machining［J］.Journal of Materials Processing Technology，2001，110(1):61－69.

［4］張中民，張光偉，李哲，等.刀片槽型對斷屑性能的實驗［J］.哈爾濱理工大學學報，2001，6(4):38 －43.

［5］王玲君，楊富明，鄧曉曉.錯齒BTA鉆深孔加工刀具設計［J］.機電技術，2011(2):91－93.