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深孔加工技術(shù)內(nèi)排屑小深孔加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

深孔加工技術(shù)內(nèi)排屑小深孔加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

 
深孔加工技術(shù)已在國防工業(yè)、石油采掘、航空航天、機(jī)床、汽車等行業(yè)獲得相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,且由于其高效、高精度等優(yōu)越性,深孔加工技術(shù)也在某些零件的淺孔加工中得到應(yīng)用。近年來,深孔加工技術(shù)的發(fā)展很快,我國機(jī)械制造加工業(yè)對(duì)深孔加工技術(shù)的研究也取得了長足的進(jìn)步,如將深孔鉆削與低頻振動(dòng)切削結(jié)合起來形成的深孔振動(dòng)鉆削技術(shù);噴吸鉆系統(tǒng)、單管內(nèi)排屑噴吸鉆(SED)系統(tǒng)、槍鉆系統(tǒng)、BTA鉆削系統(tǒng)、深孔套料鉆削系統(tǒng)等也都有相應(yīng)的研究和創(chuàng)新。我所多年為一直致力于深孔加工技術(shù)的研究,在深孔機(jī)床和鉆、鏜削刀具的設(shè)計(jì)制造方面,在深孔鉆削技術(shù)的改進(jìn)和排屑系統(tǒng)方面均作出了較為滿意的成果,現(xiàn)僅對(duì)內(nèi)排屑小深孔加工技術(shù)的發(fā)展和我們所獲得的成果介紹如下。
國內(nèi)外小深孔加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀


據(jù)情報(bào)檢索,目前世界上利用外排屑(如槍鉆)深孔鉆削技術(shù),可鉆削的孔徑小到f2mm。而內(nèi)排屑深孔鉆削的孔徑很少有小于f16mm的,且多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的BTA鉆削系統(tǒng)。由于槍鉆結(jié)構(gòu)為不對(duì)稱形狀,質(zhì)心偏離中軸,這給制造、重磨都帶來一定的困難,也使造價(jià)增高。
另外,其結(jié)構(gòu)剛度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度低(同直徑的圓形鉆桿扭轉(zhuǎn)剛度是槍鉆的2.3倍),使其使用的鉆削速度降低,進(jìn)給量小。采用單管內(nèi)排屑噴吸鉆(SED)鉆削系統(tǒng),鉆削小深孔直徑可小到f3.7mm。我工藝所采用SED技術(shù),進(jìn)行了孔徑(mm)f16、f12、f10、f8、f7.62、f5.7、f3.7的小深孔鉆削加工,鉆削過程平穩(wěn),排屑流暢,孔的尺寸形狀精度和孔壁表面粗糙度均能滿意,在上述孔徑范圍內(nèi),完全可以替代槍鉆對(duì)小深孔進(jìn)行鉆削加工。由于其剛度好,可加大進(jìn)給量和鉆削速度,使生產(chǎn)效率、鉆孔質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益均有所提高,顯示了一定的技術(shù)優(yōu)勢。
小深孔加工技術(shù)的難點(diǎn)和對(duì)策
深孔鉆削加工就有相當(dāng)?shù)碾y度,內(nèi)排屑小深孔鉆削的難點(diǎn)就更加突出,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
圖1 SED深孔鉆削系統(tǒng)
圖2 螺紋聯(lián)接式深孔刀具

排屑困難
內(nèi)排屑小深孔鉆削時(shí)的切屑,要經(jīng)過鉆桿內(nèi)的排屑通道排出,孔徑越小,其排屑就越困難。例如,要鉆削f8mm的深孔,鉆桿外徑是f5.2 mm,鉆桿內(nèi)徑僅有f4~4.2 mm,而鉆桿長一般達(dá)500~1500 mm。因此,在鉆削過程中,發(fā)生堵屑是經(jīng)常的。為使排屑流暢,鉆頭切削刃上設(shè)計(jì)出合理的斷屑和分屑臺(tái),保證可靠斷屑十分重要。但小深孔的進(jìn)給量很小,實(shí)現(xiàn)C形斷屑對(duì)于某些韌性材料是不可能的,鉆屑常常是柔軟的小帶狀,鉆削過程中作為冷卻和沖刷切屑的切削液壓力產(chǎn)生波動(dòng)或壓力下降時(shí),切屑瞬時(shí)滯流、折疊而堵塞,進(jìn)而導(dǎo)致鉆刃損壞和鉆桿扭斷。為徹底解決這一問題,可以從斷屑和排屑兩方面采取措施。最有效的斷屑方法是采用振動(dòng)斷屑技術(shù),能穩(wěn)定地得到所需要的切削形狀。
增加切削液對(duì)鉆屑的排屑作用力,是SED鉆削系統(tǒng)的特點(diǎn),如圖1所示,高壓切削液一路進(jìn)入授油器,潤滑冷卻鉆削區(qū)和刀具,并以3MPa~4.5 MPa的壓力迫使切屑進(jìn)入排屑通道,并將切屑推出;另一路切削液進(jìn)入可調(diào)式負(fù)壓抽屑裝置,形成負(fù)壓,對(duì)切屑產(chǎn)生吸力,吸出切屑。切屑在推和吸的雙重作用下能順利排出。實(shí)踐證明,即使鉆屑呈帶狀,且從鉆削開始到加工結(jié)束一直保持連綿不斷,都能保證排屑流暢順利。
鉆桿剛度不足
深孔鉆削的鉆桿細(xì)而長,小深孔鉆削的鉆桿更是細(xì)長,其剛度很低,因此,在設(shè)計(jì)小深孔刀具時(shí),應(yīng)當(dāng)盡可能提高刀具(包括鉆頭和鉆桿)整體的剛度。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中,鉆桿與鉆頭采用了方牙螺紋聯(lián)接方式(見圖2)。這要在管壁很薄的鉆桿上切出方牙螺紋,勢必更使細(xì)長鉆桿的強(qiáng)度和剛度下降。
如鉆削f5.7mm深孔,鉆桿外徑只能取f4mm,在壁厚不足1mm上再挖去一個(gè)方牙螺紋的深度0.25mm,螺紋聯(lián)接處的強(qiáng)度和剛度大大下降,在鉆削中,鉆桿常在螺紋聯(lián)接處扭斷。即使用小進(jìn)給量以降低鉆削扭矩,也不能防止扭斷事故。為解決這一問題,對(duì)于鉆削孔徑f12mm以下孔的鉆桿和鉆頭的聯(lián)接,可采用圖3所示的3種方法。
圖3 焊接(粘接)式刀具
圖3a是將鉆頭和鉆桿做成90°鈄口,用低溫銀焊(有時(shí)也用銅焊)或粘接將鉆頭和鉆桿聯(lián)接。圖3b是將鉆頭的鉆柄直徑車小,鉆桿聯(lián)接處的孔徑鏜大與鉆柄裝配成一體,再在接縫處用低溫焊接或用粘接固定。圖3c則將硬質(zhì)合金刀片做成了“T”型端面,而在鉆桿上相應(yīng)銑出“T”型溝槽,將刀片插入粘接固定。這3種方法經(jīng)多次試驗(yàn),均比方牙螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度和剛度要好,可適當(dāng)加大小深孔鉆削時(shí)的進(jìn)給量,生產(chǎn)效率也得到相應(yīng)的提高。
制造困難
鉆桿和鉆頭若采用傳統(tǒng)的螺紋聯(lián)接,要在鉆削小深孔的刀具鉆桿孔內(nèi)車制方牙內(nèi)螺紋,螺紋車刀要比鉆桿內(nèi)徑還要小,并且要刃磨出有嚴(yán)格尺寸的刀刃;方牙螺紋的螺距大,車制時(shí)又不能直觀加工狀況,操作很困難。鉆頭部的制造更為困難,除在柄部車削出方牙螺紋外,還要在直徑不大的刀頭上銑削出供裝焊硬質(zhì)合金導(dǎo)條和刀片的凹槽和一個(gè)排屑通道。之后,硬質(zhì)合金導(dǎo)條、刀片與刀頭體的高溫焊接還會(huì)引起過熱、變形。因此,制造出合格的小深孔鉆削刀具在工藝、操作上是有相當(dāng)技術(shù)難度的。
采用圖3所示的措施后,使制造工藝相對(duì)簡單多了。鉆頭部的制造全部改用粉末冶金硬質(zhì)合金小鉆頭,只要一次性投資,制作出一個(gè)粉末冶金小鉆頭的模具,就可得到鉆削小深孔的硬質(zhì)合金鉆頭的刀坯,工藝簡單,且刀具的重磨性好,正常使用能重磨3~4次,在總體上使刀具成本下降。我們把這種全新結(jié)構(gòu)的小深孔刀具稱為單管內(nèi)排屑噴吸鉆。
小深孔鉆削時(shí)的切削速度和機(jī)床
使用硬質(zhì)合金加工刀具切削一般合金鋼材的切削速度最低在70m/min,而我國過去生產(chǎn)的小深孔加工機(jī)床,一般最高轉(zhuǎn)速為2500r/min,且不能進(jìn)行無級(jí)變速和無級(jí)進(jìn)給,顯然不能適應(yīng)小深孔鉆削的工藝技術(shù)要求。1992年我所自己設(shè)計(jì)并組織生產(chǎn)了ZK2116×2型數(shù)控雙軸深孔鉆床(內(nèi)、外排屑)和ZK2112型數(shù)控深孔鉆床,最高轉(zhuǎn)速達(dá)到6000~10 000 r/min。尤其是ZK2112型數(shù)控鉆床,具有深孔鉆削加工的3種運(yùn)動(dòng)方式:1)工件轉(zhuǎn)動(dòng),刀具進(jìn)給;2)工件轉(zhuǎn)動(dòng),刀具轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)給;3)工件不動(dòng),刀具轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)給。這種機(jī)床還帶有負(fù)壓抽吸裝置。這種新型機(jī)床的開發(fā),拓寬了深孔加工的范圍,也可把深孔加工技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。
GT、CAD技術(shù)在深孔加工中的應(yīng)用
利用當(dāng)代計(jì)算機(jī)工具發(fā)展起來的成組技術(shù)(GT)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD),大大推動(dòng)了機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步。在推進(jìn)小深孔加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展方面,成功地采用GT、CAD的報(bào)導(dǎo)也很多。如對(duì)深孔刀具及其輔具利用GT技術(shù)建立分類編碼系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上開展相應(yīng)的CAD系統(tǒng)軟件的研制開發(fā),為深孔刀具的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)。同時(shí),CAD軟件的研制和應(yīng)用,使深孔鉆的設(shè)計(jì)過程通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),不僅大大提高了設(shè)計(jì)速度,還避免和減少了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。我院工藝研究所在利用GT和CAD技術(shù)方面也取得了很好的成果,成功地開發(fā)出了設(shè)計(jì)深孔刀具的CAD系統(tǒng),能利用CAD系統(tǒng)對(duì)槍鉆、單管內(nèi)排屑噴吸鉆、機(jī)夾深孔鏜刀等等深孔加工刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型。
本文導(dǎo)讀:深孔,加工,技術(shù),內(nèi)排,屑小,研究,現(xiàn)狀,深孔,加工,技術(shù),
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