深孔加工技术浅谈 杨帅;KBVGFJHHB

深孔加工技术浅谈 杨帅;KBVGFJHHB 深孔加工技术浅谈 【摘要】 在普通切削加工中使用普通车床加工细长孔，夹具和钻具的合理设计与选用是加工成否的关键。设计适当的夹具和钻具、采用合理的加工工艺，在普通车床上加工精度较高的深孔是可以实现的。 【关键词】细长孔;尺寸精度;表面粗糙度;浮动铰刀 【前言】 在实际生产过程中，由于进行深孔加工的刀具伸出长度较长，工艺系统刚性不良等问题，造成在车削过程中出现刀具震动较大，偏移量不受控制，且散热困难，排屑不利，经常会产生直径变大，出现锥孔等现象，从而达不到产品的质量要求。因此，在没有深孔加工的专用设备下，用普通设备加工深孔、细长孔，刀具和夹具的设计非常重要。 本文通过对单件小批量日常生产中，所遇到的一些精度要求较高的深孔、细长孔的加工过程，有针对性的分析了其加工的技术难点，并设计了行之有效的简易浮动绞刀，从而在缺乏深孔、细长孔加工专业设备的情况下解决了深孔加工的技术难题，使产品的加工质量得到了有效保障。通过对深孔切削加工的研究，以及问题的解决，对小型加工企业和个体加工户在处理深孔、细长孔的加工问题提供借鉴，对小型加工企业和个体加工户有较高的推广意义。 目录 1、 深孔加工 2、 钻头的刃磨要求 2.1、麻花钻的几何参数 2.2、麻花钻的结构要素 3、其它结构的钻头 3.1、扁钻 3.2 4、铰刀 4.1铰刀直径及其公差的确定 4.2、铰刀的齿数及齿槽 4.3、铰刀的几何角度 4.4、铰孔及注意事项 结论 致谢 参考文献 1、 深孔加工工艺 1.1、深孔加工 深孔、细长孔加工方法:打中心孔—钻孔—扩孔—铰孔 深孔加工是指孔深与直径之比L/d?5的孔。现代对深孔的加工，主要采用专用的设备和特制辅助工装来加工。其特点是效率高、质量 其余好、劳动强度低。但对于一些中倒角0.545小型的加工企业及个体加工户 一般都不具备上述设备，因此只 能因地制宜，因陋而简，在普通 机床上，采用简易的工装对深细 长孔进行加工。如图1所示，加 工一尺寸精度为图1 密封定位套,12H7，圆柱度为 ,11.9mm,11.8mm长度为115mm的细长孔，因孔壁较薄，直接用或的钻头钻孔，一次切削产生的热量大，没有足够的时间消除热变形带来的加工误差及钻削后留在孔壁表层上残余应力产生的加工误差，一次钻削加工出来的孔壁粗糙度也较大，不宜直接用来进行精铰孔加工。因此，为了减少热变形和残余应力对精加工的影响，应采取多次扩孔加充分浇注冷却液的方法减少粗加工留下的加工误差，以提高后续加工精度。图2为该孔的加工路线。 钻 1扩 2扩 铰 ，，,8.5，，,10.5，，,11.8，，,12H7中心钻 IT9~13 IT9~10 IT6~9 IT10~13 (A2.5) R1.25~R0.4,mR1.6~R1.25,mR3.2~R1.6,maaaaaaR5~R3.2,maa 图2 孔的加工路线 2、钻头的刃磨要求 对图1齿轮定位套的加工，由于尺寸精度要求较高，所以钻头的刃磨非常重要，尤其是最后一次扩孔钻头的刃磨，钻头磨得好不好直接影响着最后铰孔的尺寸精度和表面粗糙度，因此，对这支扩孔钻头的刃磨要作特殊的处理，即改进钻头的几何参数。一是在两主切削刃上修磨出第二锋角，一般不超过75º，并在外缘刀尖角处研磨出两 图3 麻花钻的几何参数 边R0.2-0.5的圆弧过度刃，粗糙度达Ra0.4以下，且两个过度刃相互对称，高度一致，以增大刀尖外缘处的强度和耐磨度，改善散热件，减少孔壁的残留面积高度。二是将前端棱边磨窄，只保留0.1-0.2mm的宽度，修磨长度为4-5mm，以减少棱边与孔壁的摩擦。三是修磨副切削刃、前刀面和后刀面，要求用320#以上油石研磨，最好400#以上，研磨各部位光洁度达到R0.4~R0.2,m。各支钻头的几何参数如图aa 3所示。 2.1标准麻花钻的参数 可以将标准麻花钻的参数归纳为3类。 第一类是结构参数，它决定标准麻花钻的几何形状，即在钻头制造中需要控制的参数。 结构参数很多，其中螺旋角(副切削刃展开成的直线与钻头轴线的夹角)影响麻花钻的切削性能。增大螺旋角有利于排屑，能获得较大的前角，但麻花钻强度变差。小直径麻花钻、钻高强度钢材料用麻花钻取小的螺旋角;大直径麻花钻、钻铝合金等软材料用麻花钻取大螺旋角。标准麻花钻螺旋角一般为18?~30?。 第二类是刃磨参数，它是刃磨麻花钻时需要控制的参数，包括锋角、后角和横刃斜角。 麻花钻虽然结构复杂，但一般只需要刃磨后刀面，刃磨时需要控制锋角、后角和横刃斜角3个角度。(3个角度的测量平面分别是:中剖面、柱剖面和端平面。) 测量平面的定义见下表; 测量平面的定义 名称 定义 中剖过麻花钻轴线与两主切削刃平行的平面 面 柱剖过主切削刃上某选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕轴线旋转所形成的圆柱面 面 端平与麻花钻轴线垂直的端面投影平面 面 1(锋角(2) 锋角是两主切削刃在中剖面中投影的夹角。标准麻花钻2=118?，此时主切削刃为直线。否则，呈外凸或内凹曲线。 第三类是其他参数。 2.2、麻花钻的结构要素 图4为麻花钻的结构图。它由工作部分、柄部和颈部组成。 (1) 工作部分 麻花钻的工作部分分为切削部分和导向部分。 1切削部分 标准麻花钻的刃磨 1(刃磨要求 刃磨标准麻花钻一般有3个要求:磨出锋角(118?)和按外小内大原则分布的 主切削刃后角;磨出适当的横刃斜角(50?~55?);磨出对称的左、右主切削刃。 2刃磨方法 刃磨钻头较合理的方法是采用机械刃磨，但它依赖于专用的夹具或设备。所 以，一般采用手工刃磨，刃磨时主要刃磨两个后刀面。要点如下: (1) 选择表面平整的砂轮。 (2) 放平主切削刃，确保钻头中心线适当高于砂轮中心线，且与砂轮表面 的夹角等于锋角的一半。 (3) 左手握钻头柄部，右手握钻头头部，使主切削刃接触砂轮，边进给边 微量转动钻头，并且使钻柄上下摆动。 注:刃磨时，请反复检查主切削刃的对称性。 标准麻花钻的修磨与群钻 (一)标准麻花钻的修磨方法 1(修磨横刃 这是针对标准麻花钻横刃较长、不宜定心、切削条件差所采取的措施。修磨要求:增大横刃处的前角、缩短横刃的长度。 横刃的修磨方式有多种，修磨后横刃长度为原长的1,5~1,3，横刃前角为-15?~0?. 2(修磨前刀面 主要是针对标准麻花钻主切削刃上前角分布不合理所采取的措施，一般有特殊要求时才采用。 修磨前刀面的方式有两种:一种是修磨外缘处的前刀面，以减小前角，;另一种是修磨横刃处的前刀面，以增大前角。 注:在工件材料较软时，应修磨横刃处的前刀面，以增大前角，减小切削力，使切削顺利;工件材料较硬时，应修磨外缘处的前刀面，以减小前角，使钻头强度增加。用标准麻花钻进行扩孔时，为了避免“扎刀”，可把外缘处的前角修磨小些。 3(磨出分屑槽 这是针对标准麻花钻在钢件上钻削较大直径孔时排屑不顺、冷却不力所采取的措施。一般在后刀面或前刀面上磨出相互错开的分屑槽，为方便刃磨，通常开设在后刀面上。 4(磨出双重锋角 磨出双重或多重锋角，或外凸圆弧刃，需要指出的是，钻削较硬钢件时，不宜采取此法，否则易折断钻头;钻削较软材料时，则没这个必要。 5(修磨棱边 在靠近麻花钻主切削刃的一段棱边上，磨短其宽度使其为原来宽度的1, 3~1,2，磨出副后角为6?~8?。 6(磨出内凹圆弧刃 将两主切削刃磨出内凹圆弧刃。当内凹圆弧刃深度大于板料厚度时，就成 了薄板钻。 三、铰孔及注意事项 1、浮动铰刀的设计 实践证明，扩孔有纠正位置精度的能力，而铰刀铰孔只能保证尺寸、形状精度和减少孔的表面粗糙度，但不能纠正孔的位置精度，有时，由于机床的振动，甚至铰出的孔会变椭圆。当孔的尺寸精度、形状精度要求比较高，表面粗糙度要求又比较小时，往往还要再按排一次手铰加工。图1中，定位孔的圆柱度要求很高，为避免常规机用铰孔容易铰出椭圆孔的现象，可预先设计具有自动定心功能的浮动铰 12H7,刀，如图4所示。选用的直柄机用铰刀，为让铰刀起到浮动的作用，再设计一辅助夹具，辅助夹具的安装孔要比铰刀的夹持柄部大2~3mm，然后将铰刀套在辅助夹具的安装孔上，用4~5mm钻头将安装孔连铰刀柄一起钻出一个定位孔，然后用圆柱销将铰刀安装的辅助夹具上即可得到简易的浮动铰刀。为提高的铰刀铰削时的刚性和夹紧力，浮动铰刀的辅助装置最好采用莫氏5的钻夹头装夹。 2、铰刀的选用和保护 铰孔的精度主要决定于铰刀的尺寸，因此，铰刀最好选择被加工 ，0.021，，12H7,孔公差带中间1/3左右的尺寸。如图1零件要铰mm孔，0 ，0.014，，,12则铰刀尺寸最好选择mm尺寸的铰刀。选用时，铰刀刃口必，0.007 须锋利，没有崩刃和毛刺。不用时，工作(刃口)部分用塑料套和软麻布保护，不允许碰毛。一般选用标准的高速钢机用铰刀，若采用硬质合金铰刀，因硬质合金刀头的切削刃没有高速钢的锋利，容易使铰出的孔变大，故一般要事先对铰刀进行试铰，再根据铰出孔的实际尺 寸对铰刀进行研磨，修正铰刀的直径，直至铰出合适的孔。 3、调整尾座轴线 铰孔前，必须先调整尾座套筒轴线，使之与主轴轴线重合，同轴度最好找正在0.02mm之内，以提高铰孔时孔的位置精度。 4、选择合理的铰削用量 用铰刀时，为了得到较小的表面粗糙度值，避免产生刀瘤，减少切削热及变形，宜采用较小的切削速度，一般最好小于5m/mm;进 ，0.021，，12H7,给量取0.2~1mm/r。对图1，铰削mm的孔，因尺寸精度0 要求较高，故铰削时车床转数要选得较低些，取n=30~50r/min，最好不超过100r/min。 、选择合理的切削液 5 铰孔时，切削液对孔的扩胀量和孔的表面粗糙度有一定的关系。实践证明，在干切削和非水溶性切削液的铰削情况下，铰出的孔径比铰刀的实际直径稍微大一些，干切削最大。而用水溶性切削液(如乳化液)，铰出的孔稍微小一些。因此，当使用新铰刀铰削钢料时，可选用10%~20%的乳化液作切削液，这样铰出的孔不容易扩大;当铰孔要求较高时，宜采用30%的菜油加70%的肥皂水;当铰孔要求更 ，0.021，，12H7,高时，可茶油、柴油、猪油等。对图1铰削mm的孔，尺0 寸要求较高，实验证明，用97%柴油加3%的机油作切削液，铰出的孔尺寸精度及表面粗糙度更好些。 四、采用浮动铰刀加工细长孔优点 1、 夹具设计工艺简单，制作容易，成本低。 2、 加工质量好，铰孔的精度可达IT6~IT8，表面粗糙度一般 R0.8~R1.6达，甚至更小，达到图样精度要求。 aa 3、 加工的适用范围较广，对孔径加工要求较高的中小孔 ,5~,20()都可以通过制作不同的辅助夹套来装夹相应的 铰刀，从而起到浮动铰削的作用。 工件如图1所示，材料为尼龙1010。生产的主要难点在f16深度 2550孔的加工。 图1 工件 2 工艺分析 深孔加工的难点在于刀具细长，刚度差，强度低，易引起刀 具偏斜。钻削中冷却润滑液难以进入，散热困难，排屑不 易，而且会经常堵塞。深孔的口部常产生直径变大、出现 锥形等现象。影响加工质量。 尼龙虽有较高的抗拉强度和良好的冲击韧性，摩擦系数小， 耐磨等优点。但却具有热变形温度低，导热率低，热膨胀 大，收缩率大，易吸湿等缺点。 工件材料长而不直，最大弯曲超过20mm，不能采用机械校 正的办法，这给深孔钻削带来很大的困难。 在无深孔加工专用设备，普通设备加工长度又不够的条件下， 分析了工件的特点，针对深孔钻削的技术难点，确定了在 普通车床上采用两端接刀的方法进行钻削。 3 工装设计 工装结构示意图如图2所示。 图2 工装结构示意图 准备一根f60×5×2500mm的钢管，进行校直。在钢管纵向 铣3mm宽通槽，成为开口钢管套，用来对弯曲的尼龙棒料 校直。 支承套的内孔与开口钢管套外圆尺寸一致，大端外圆大于机床主 轴外圆，小端外圆与车床主轴内孔配作，小端外圆前面部 分可以作成锥形，以方便安装。然后沿支承套轴向加工 3mm宽通槽。 导向定位套的f60沉孔与开口钢管套外圆尺寸一致，用来在卡盘 前端支承工件，并在其前面中心位置加工有f16孔，给加 长钻头起导向作用。 f16加长钻头共设计了三种，其长度尺寸分别为500mm、900mm、 1400mm根据钻孔深度进行选用。并在加长钻头的加长部 分开有排屑槽，方便排屑和冷却液流入。 4 加工方法 先将开口钢管套撬开，把工件放入，使开口钢管将工件紧紧 包住。然后将工件一端插入主轴孔内，另一端用三爪卡盘 卡住。工件头部装上导向定位套，并用中心架支承。工件 尾部装入支承套，利用支承套外圆与机床主轴内孔的配合， 在车床主轴后端支承工件。 钻削深孔时首先用标准钻头在工件上预钻引导孔。然后从短 到长分别用f16加长钻头进行钻孔，加工到深度约1350mm 为止。最后调头用同样的装夹和加工方法钻削另一半深孔。 当切削一段深度后，如果出现排屑不畅，应及时移动尾座排屑。 通过这种加工方法，两端接刀的偏差小于0.5mm。偏差主要 取决于钢管的直线度，以及支承套与主轴内孔的配合。 加工示意图见图3。 1.工件 2.开口钢管套 3.支承套 4.机床主轴箱 5.中心架 6.导向定位套 7.加长钻头 8.机床尾座 图3 加工示意图 5 注意事项 钻削时车床主轴转速不能过高，转速过高工件发热，会卡死 钻头。如果转速过低，则加工效率低，使成本增大。 钻削时进刀量不能太大，否则切屑排不出，工件会产生崩裂。另 外还要及时进行排屑，不然会影响加工精度，增大两端孔 接刀的偏差。 在切削过程中，应使用冷却润滑液。若发现工件温度过高、切屑 排不出或出屑堵塞及其它异常现象，应该停止钻削，检查 原因。 6 结论 利用简单的工装夹具，经济实用的加工方法，在普通车床上 钻削超长深孔，达到了预期的良好效果 五、结束语 深细孔的加工是机械加工中的一个难题，利用简单的工艺装备，在普通车床实现细长孔的加工方法，经济实用，效果良好，对广中小型工厂企业、个体加工业者有着较高的实用价值。本试验研究表明，采用适当的工装夹具，选择合理的加工工艺，对加工精度要求较高的深孔加工是可行的，也是有效的，对缺乏专用加工设备或单件小批量生产有着十分好的经济效益。 [参考文献] [1]王先逵主编《机械制造工艺学》(普通高等教育机电类规划教材).机械工业出版社，2000. [2]《金属切削理论与实践》 北京出版社 1990. [3]《车工工艺学》(`96新版)中国劳动出版社. [4]《钳工工艺学》(`96新版)中国劳动出版社.