振動鉆削對改善深孔加工質量因素的分析

杜振東

摘 要：深孔加工在金屬的切削之中是一個非常有難度的問題.其切削技術的精確性一直很難達到加工標準。因此本文在震動鉆削研究的理論根基上，對震動鉆削的流程和鉆削結果進行簡單的分析研究，較完整的簡述了振動鉆削提升加工質量的因素。如振動鉆削提升加工品質是由于其擁有下面因素的有利影響：較好的斷屑和排屑的效果，足夠的光滑，對積屑的清理及對已經完成孔壁的反復拋光效用等，經過本次切削實踐，探究了切屑狀態改變與切削數據之間的聯系，概括出斷屑的最好切削前提。

關鍵詞：振動鉆削；深孔加工；精確度

1 振動鉆削原理及實驗

振動切削的原理即是在原來的加工流程中人為地給設備及零件以合適的方向、一定震動數及震動幅度的能夠控制振動，讓切削加工按照一定的固定方式進行加工，在切削的同時不斷的震動，構成一種實質上與從前切削方式不一樣的創新型的切削方法，實質上屬于脈沖切削。其獨有的特色是：① 瞬間對產品切削的速度極快。② 機床上的刀具與加工件的接觸不是固定不變的，而是根據要求不斷改變的。

試驗是在傳統車床更改形成的深孔鉆床上研究觀察的。激振器固定在設備的任務臺上，機床振動的頻數是通過直流電動機進行調整的，在0～l00Hz的范圍內能夠順暢頻數，激振振幅是通過雙偏心輪進行調整，在0～0.5rnm 之間能夠不分級別的調整幅度，所使用機床的鉆頭是7.9mm的在鉆內內排廢屑的深孔型鉆頭，所使用的刀具是YT798，試驗品是14mm×130mm 的鐵制品，生產中激振的振動幅度為0.07mm，激振的震動頻數為95Hz，出入量為0.008mm/r，主軸的旋轉速度為1250r/min，使用5#機械潤滑油油對其冷處理和潤滑，其設備的油壓為4MPa。

2 試驗結果

使用TR240便攜式粗糙程度儀器對此設備加工零件的粗糙程度進行測量。顯而易見，振動鉆削加工方式加工的零件孔壁粗糙程度 （Ra=0.837μm）要明顯好于傳統鉆削工藝下生產出的孔壁粗糙程度 （ Ra一般在5μm以上），甚至加工出來的效果可以與磨削相媲美。此種孔壁粗糙度的加工是由于振動鉆削工藝可以完美地處理掉或減弱干擾孔壁粗糙程度的各種影響。整個加工流程中振動鉆削工藝擁有的較好的斷屑和排屑作用、充足的潤滑作用、對切削時所產生震動現象的減弱。

3 分析原因

3.1 良好的斷屑和排屑

在低頻軸向情況下鉆孔的時候，鉆頭一邊鉆入同時進行特定的軸向振動。在切削的時候，是依據刀具的振動狀況的原因，平均地劃分出零件上將要切削部分的程度，而且將此部分有節奏地改變成切屑。

1） 切屑狀態的經常改變有助于斷屑的形成。在切削的時候，振動切屑狀況上與振動有關的紋路有關，因此決定切屑程度改變，切屑程度的改變。可以看出，在其它生產狀況一樣的情況下，振動切削可以將其打斷，從而形成斷屑的現象。

2） 刀具順著軸向進行一定的振動有助于斷屑的產生。因為鉆頭的出入量特別小，在刀具在軸向上的振動幅度多于出入量時，就出現了分離切削的情況，切屑同時就自然而然的被切斷。

因而在加工中產生的小碎屑就很容易的快速的清除出去，以此將振動鉆削的斷屑和排屑狀況都比傳統鉆削有了較多程度的改善。振動鉆削不僅改善了鉆尖對零件的破壞情況，而且改善了設備自切屑時可能出現的堵塞現象，減弱了由于設備切屑而在零件上產生的劃痕。

3.2 充分潤滑

傳統鉆削的加工過程是接連不斷的，經常是在道具面上構成一個高溫高壓狀況的區域，但對于降溫這是一個不容易進入的區域，因而僅能通過冷卻液的毛細特性進入該區域，對設備上該區域的降溫效果相當不好。因而，若需要改善增加冷卻液的降溫狀況，重點在于讓冷卻液可以快速較多地進入到切削區的區域。

通常情況下冷卻液到達切加工區域的路線有四種。而振動鉆削工藝就能夠將冷卻液的功效得進行最大程度的彰顯，因為振動鉆削工藝不是連續進行的，在刀具與零件分開的時候，此時加工的部位就產生間斷的真空，同時真空有泵吸的特點，冷卻液就可以從周圍到達加工區，達到完全的冷卻的作用。潤滑冷卻液由于真空特性快速的從A方向的路線到達加工區，包裹住新產生的新生面；（1）增強了旁邊進入包裹住的新產生的面；（2）提升了側面進入的效果；（3）在刀具在和零件分開時，刀具后面與已經生產的零件的面之間的正壓力會減弱，從而將提升冷卻液以B線路到達加工區的效果。在設備刀頭切進時，冷卻液又受到刀頭的推壓，從而瞬間產生高壓的環境，使冷卻液達到設備與零件加工部位的接觸面，達到降溫和潤滑效果。因而振動鉆削工藝極強地改善了生產中的磨損問題，排除了對生產零件面的損傷，有助于提升零件孔壁的光滑度。

3.3 不產生積屑瘤和鱗刺

傳統的鉆削情況下，積屑瘤和鱗刺的產生是減小零件面粗糙程度的兩種影響因素。積屑瘤的產生是在其聚集高度與刀前面的溫度和壓力存在著緊密聯系，是加工中由于溫度和壓力的原因，切屑底面與前刀面產生冷焊的原因。鱗刺而是復在已經生產零件面上的積屑瘤碎屑，并且與切屑底面金屬停滯狀況有巨大的關系。而使用振動鉆削工藝時，因為振動可以減弱其摩擦程度，而且減弱加工時的扭矩，因此減弱了其摩擦問題，還減弱了加工零件的彈塑性形態。切削產生的力和切削產生的熱兩者通過脈沖的形態表現出來，從而將由于切削加工而產生的熱量控制在合理的狀態。若設備切屑時其溫度降低，其加工處就機會不可能出現冷焊的現象，因此完全打破了出現積屑瘤的環境。就算存一些可能出現積屑瘤的機會，但是設備刀具離開零件加工處時，其由于加工產生的碎屑達不到冷焊的時間，就已經完成了加工。此種摩擦力的減弱和刀具與切屑的不連續接觸，從而讓切屑不可以在設備刀面上暫停，形成切屑面金屬碎屑的冷焊，因此更加不會形成鱗刺。

參考文獻：

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[2]杜宇波.低頻回轉振動鉆削切削力分析[J].機械科學與技術，2010（10）.