加工深孔用細長鉆桿的研究

加工深孔用細長鉆桿的研究

趙勇，殷浩，胡式保，李粉菊，張敬東

(云南冶金昆明重工有限公司，云南 昆明 650203)

摘要：本文通過采用接長鉆頭兩端對打孔的工藝方法，解決了細長深孔加工的難題，并在實際生產中進行了成功應用。文中進一步詳細分析了細長接長鉆頭的加工工藝步驟以及采用該鉆頭加工深孔應注意的問題。

關鍵詞：空心軸；細長深孔；接長鉆頭；跟刀架；切削用量；焊接鉆頭

中圖分類號：文獻標識碼：A

收稿日期：2015-06-09；修訂日期：2015-07-28

作者簡介：趙勇(1965-)，男，云南冶金昆明重工有限公司教授級高級工程師。

Research on lengthening rod by machining mini diameter deep hole

ZHAO Yong，YIN Hao，HU Shi-bao， LI Fen-ju，ZHANG Jing-dong

(Yunnan Metallurgical Kunming Heavy Industry Co.， Ltd., Kunming，Yunnan 650203，China)

Abstract：The mini diameter deep hole was machined through using lengthening rod drill by yunnan metallurgical kunming heavy Industry co., ltd. This paper introduced machining technology of the lengthening rod, it is cutting-tempering-rough turning-welding-finishing turning. Tool geometry parameters and cutting parameters of the lengthening rod drill were analyzed, attention notice which lengthening rod drilled mini diameter deep hole were mentioned, and it was solved the problem of machining mini diameter deep hole.

Keywords：mini diameter deep hole； lengthening rod drill； follow rest； cutting parameters； welding drill.

0前言

深孔加工是機械加工中的一道難題，鉆頭細長，剛度差，強度低，抗扭矩能力差，同時鉆頭螺旋槽比較窄，鐵屑易將螺旋槽堵塞，鉆頭很容易被抱死或折斷；云南冶金昆明重工冶金礦山分公司在加工軋機液壓鉗口結構的卷取機時，需要在卷筒中安裝液壓缸。為了液壓缸能運作，必須在與其同步旋轉的空心軸上打通油路。該空心軸至少有1 500 mm長，由于空心軸的結構、壁厚限制，油孔直徑只能在φ12mm左右，鉆削過程中，由于深孔細長，鉆頭易偏斜，且散熱難，從而達不到加工質量的要求，并且鉆頭容易折斷于深孔中，很難取出，造成相當大的麻煩。經過多次實際操作經驗，云南冶金昆明重工冶金礦山分公司提出采用接長鉆頭在普通T68上兩端對打空心軸細長深孔的加工方法，并能形成批量生產。該深孔加工過程中最關鍵的是要制作接長鉆頭。接長鉆頭制作的好壞，直接影響著產品的質量好壞。

1接長鉆頭結構與加工工藝

接長鉆頭的整體結構示意圖如圖1所示。其工藝步驟為接長桿下料—調質—粗車—焊接鉆頭—精車。下料 ：根據莫氏4#錐度外圓直徑，下45#圓鋼作為接長桿，規格：φ35 mm ×750 mm。 調質：HB=280～300，調質后校直。粗車：接長桿采用一夾一頂的裝夾方式，如圖2、圖3所示。

1-普通麻花鉆，2-焊點，3-接長桿 圖1　接長鉆頭整體結構示意圖 Fig.1　The overall structure of lengthening rod drill

圖2　接長桿裝夾方式 Fig.2　Clamping method of lengthening rod

圖3　帶跟刀架車削接長桿 Fig.3　The lengthening rod in turning with follow rest

在使用跟刀架車削接長桿時，工件易產生跳動，致使外圓出現“竹節形”、“螺紋形”、“麻花形”等缺陷，所以在使用跟刀架車削接長桿時需注意：

(1)在卡盤的卡爪與接長桿之間墊入φ2～φ4 mm直徑的開口鋼絲圈，如圖4、圖5所示，墊入鋼圈后，使接長桿與卡爪之間成線接觸，二者之間可以有稍許相對運動，避免接長桿被卡爪卡死，起到方向調節的作用，減少接長桿的彎曲變形；用開口鋼絲圈輔助裝夾，可以減少工件在加工過程中受熱產生的伸縮量變形。當然，如果在每個卡爪之間直接墊φ2～φ4 mm直徑的鋼棒，效果也很好。

(2)機床尾座頂尖采用外旋活動頂針，靠手動前后調整頂針的頂緊力，頂緊力量以手能停住頂針為宜。在車削過程中，應經常用手感觸、檢測頂針的頂緊程度，當工件受切削熱產生膨脹而伸長時，推動頂尖做適當軸向后移，避免工件產生彎曲變形，從而保證加工精度。

圖4　卡爪與接長桿間墊入開口鋼圈 Fig.4　Opening steel washer insert between claw and follow rest

圖5　開口鋼圈 Fig.5　Claw of follow rest

(3)跟刀架之爪腳與接長桿的接觸長度在軸線方向上有30～35 mm，并且爪腳在軸向兩端不能有倒角，以防碎屑從倒角處楔入，影響接長桿表面光潔度。爪腳一般選用HT20-40鑄鐵，耐磨性強，同時能保證加工精度，不會研傷、刮傷工件表面。跟刀架之爪腳在徑向方向有2 mm寬左右，適應接長桿外圓磨削弧度，抵于接長桿外周上，爪腳和接長桿線接觸的同時，呈適當的R包罩，接觸良好，穩定，車削時抵消車刀力量，工件不抖、不傾，如圖6所示。

圖6　跟刀架爪角 Fig.6　The influence of main cutting edge angle on cutting force

(4)在車削細長接長桿時，要常檢查跟刀架之爪腳松緊情況，發現松了要及時調整，并做到力度適中，防止力度過大、過小，產生“竹節形”。

車削接長桿時需改用反向走刀，走刀的軸向力使工件受拉應力，減少變形。反車，夾頭正轉，車刀從夾頭向尾座方向車削。采用75°刀，粗車接長桿外圓留3～4 mm余量，尾部鉆攻M5～M8、深15～20 mm螺紋；左端倒3～4 mm×45°的焊接坡口。反向切削能使工件受到拉伸作用，消除振顫，使切削平穩，尾座裝可伸縮的活動頂針，人工適時調節，避免工件產生彎曲變形。

2刀具幾何參數的選擇

(1)主偏角。主偏角加大，減少徑向切削力，同時也減少切削過程中的振動，精車接長桿時希望盡量減少徑向切削力，一般主偏角Kr=75～90°，粗車接長桿時，又希望保留一定徑向切削力，以使接長桿壓緊在卡爪上，取主偏角Kr=75～80°(主偏角對切削力的影響如圖7所示)。

圖7　主偏角對切削力的影響 Fig.7　Welding of lengthening rod drill

(2)前角。前角加大，減少切屑阻力，使切削省力，切削過程工件變形小，切削溫度降低，通常取r0=20°～30°，并在刀刃上磨出-5°～0°、0.1～0.2 mm寬的副倒棱，以增加刃口強度。

(3)一般情況下，在采用三個爪角的中心架輔助裝夾時，為保證刀刃有足夠的強度，刀具后角a°=3°～5°，副后角相同。安裝接長桿車刀時將刀尖高于工件中心0.3～0.5mm，使刀子后面與工件接觸，增加阻尼，減少工件振動。

如圖8為車削細長接長桿所用刀具。

圖8　車削細長接長桿所用刀具 Fig.8　Cutting tools for turning long and thin rods

3切削用量的選擇

(1)切削深度。接長桿的毛坯通常不直，加工余量又不均勻，剛性又差，所以加工過程中應多次走刀，一般粗車1～2次，半精車1～2次，精車2次。加工時，還應根據走刀次數和加工余量多少來確定切削深度。粗車時切削深度一般在2～4 mm；精車時一般在0.2～0.3 mm之間。

(2)進給量f。 進給量主要應根據對接長桿表面質量的要求而定，粗車時可大些， 一般在0.15～0.30 mm/r范圍內；精車時應選小些，一般在0.15～0.25 mm/r范圍內。

(3)切削速度Vc。提高切削速度有利于降低切削力，減小切削變形。加工過程中接長桿的振動隨切削速度的增加而增大，當切削速度增加到一定數值時，振動反而會變小。經過反復摸索，取Vc=10～30 m/min，實際操作過程中，根據接長桿的長徑比及材料剛性大小作適當選擇。

(4)切削速度Vc和進給量f二者要選配得當，如進給量f大，切削速度Vc就要降低；反之切削速度Vc高，進給量f就應適當減少。

粗車時：Vc=πdn/1000=15～30 m/min，f=0.15～0.30 mm/r，Ap=(dw-dm)/2=0.6～0.8 mm。其中，d為工件直徑；n為車床轉速。dw為工件待加工表面直徑，dm為工件已加工表面直徑。

4焊接鉆頭

在鉆頭尾部接加長鉆桿時，俗稱“膠粘螺絲擰”。傳統多采用如圖9左所示的普通麻花鉆接長鉆桿的方法，鉆頭較易從焊口處開裂而掉在孔中，很難取出。

圖9　接長鉆頭的焊接 Fig.9　Welding of long drill bit

為解決此問題，采用如圖9右所示的鑲裝與鉆孔、攻絲、焊接的方法，增大了焊接面積，使鉆頭能承受較大的扭力，防止鉆頭與鉆桿的開裂及脫出。

(1)麻花鉆柄部攻M5～M8，長15～20 mm螺紋，接長桿左端尾部鉆攻M5～M8螺孔與麻花鉆螺紋相匹配，接長桿左端留3～4 mm×45°的焊接坡口。

(2)在接長桿上旋入麻花鉆，二者螺紋連接緊密后，在麻花鉆和接長桿的連接部分外周上交錯均布設置3～4個直徑為φ2～φ3 mm焊點，接通麻花鉆之螺紋。麻花鉆上車出螺紋，擰入接長桿后，二者交接處打出焊點，深度剛好到麻花鉆的螺紋處。目的是使接長鉆頭除對焊外，再通過焊點焊好、磨圓，這樣焊的鉆頭結實不會在鉆削過程中開焊。

(3)將麻花鉆和接長桿置于焊接平臺上準備焊接；焊接前，結合面兩端先燒紅，預熱溫度為150～250 ℃。焊接時，將焊劑放入坡口處，在四個焊點中也放入焊劑，用銅絲進行焊接，焊接溫度為720～750 ℃，待焊料完全融化充滿焊接結合面后，放回石灰內保溫兩小時，然后空冷至室溫。

5精車

(1)精車時，裝夾方式同粗車，卡盤的卡爪與鉆頭之間墊入φ2～φ4 mm直徑的開口鋼絲圈。車之前，用百分表校正垂直母線和水平母線，車時注意保持同心度。精車時，接長桿光桿外圓直徑比所需鉆頭直徑小0.8～1.2 mm，外表面必須光滑，表面粗糙度至少應在3.2以上。

精車時：Vc=10～20 m/min，f=0.15～0.25 mm/r，Ap=0.02～0.04 mm.

(2)加工效果 。車削時采用“一夾一頂”的裝夾方式， 并在夾頭端墊入開口鋼絲圈，避免了工件變形彎曲，提高了加工穩定性，接長桿與卡爪之間成線接觸，加工平穩輕快，減少“竹節形”及“麻花形”出現。采用跟刀架輔助裝夾，保證了接長鉆頭整體精度、同軸度；接長桿彎曲度小，表面粗糙度高。

(3)車錐度。車錐度時，采用環規檢驗錐度，在錐柄上涂上紅丹粉，將莫氏4#的錐套套在錐柄上，旋轉一周，接觸面積不低于80%～85%。車錐度通過轉刀架進刀，每次進刀量為0.2～0.3 mm。刃圓對錐柄的跳動允差為0.20 mm。

6采用接長鉆頭鉆細長深孔時應注意的問題

(1) 接長桿直徑d應小于鉆刃直徑φ0.8～φ1.2 mm，外表面必須光滑，鉆頭與鉆桿之間留有一定間隙，防止鐵屑夾渣，鉆頭悶死在孔中或折斷，無法取出。

(2) 采用接長鉆桿的鉆頭鉆深孔前，先用中心鉆找正劃線中心，引出10 mm左右深的定位孔至中心鉆護錐位置深度，再用普通短鉆頭鉆一40～50 mm深的導向孔(盡可能深一點)后，才用接長鉆頭鉆。

(3) 嚴格控制每次進刀位置和鉆削深度。每次進刀深度和鉆頭直徑成正比，還要根據鉆刃長度及可容屑量決定進刀深度，如果鉆刃太短，則適當降低每次進刀量，當鉆頭直徑為φ5～φ30 mm時，每次進刀量一般為5～10 mm，，如果進給太多，則容屑太多，鉆頭和孔的摩擦力增大，會將鉆頭卡死在孔中難以退出。

(4) 在每次退刀后，要將鐵屑排盡，并且要用冷卻液對鉆頭刀刃進行冷卻。

(5) 要根據不同的零件材料選用不同的切削速度和進給量，以保證鉆頭的使用壽命。

(6) 在使用過程中，要注意觀察鉆刃的切屑能力，注意鉆頭上是否已產生刀瘤，并及時清理，以防增加鉆頭阻力，抱死于孔中；還要注意鉆頭焊接點是否有脫焊開裂等情況，一經發現應及時停工并處理。

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