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       【摘要】根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性分析對(duì)比各種深孔加工方法，選取合適的刀具系統(tǒng)和加工方案，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，對(duì)遇到的問(wèn)題提出解決措施，最終取得了良好的加工效果。
 
       【關(guān)鍵詞】深孔加工；內(nèi)排屑噴吸鉆

    
        0.引言
 
       深孔加工是機(jī)械加工中難度較大、技術(shù)含量較高、專業(yè)性較強(qiáng)、加工成本較高的一種加工技術(shù)。本文介紹了利用內(nèi)排屑噴吸鉆進(jìn)行大深徑比深孔的應(yīng)用情況。

  
       1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工難度介紹
 
       我公司承擔(dān)制造某項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器的管板中心徑向位置設(shè)計(jì)有長(zhǎng)約2100mm，直徑Φ59mm 的疏水孔，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

      
  
                                  圖1 疏水孔結(jié)構(gòu)
   
      較大的孔深和孔長(zhǎng)徑比（＞35），使該孔的加工不同于普通的孔加工，加工難點(diǎn)更為突出，因而在選用和使用深孔刀具時(shí)，應(yīng)更予重視。
 
    （1）深孔加工過(guò)程中，由于其刀具本身進(jìn)入工件中，并在半封閉的條件下進(jìn)行切削，因此受到較多的限制而無(wú)法直接觀察刀具的工作情況，只能憑經(jīng)驗(yàn)通過(guò)不斷觀察切屑形狀和監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況等手段來(lái)判斷刀具的工作情況。
 
     （2）導(dǎo)向。由于深孔的長(zhǎng)徑比大，鉆桿細(xì)長(zhǎng)，剛性較低，容易產(chǎn)生振動(dòng)，鉆出的孔不可避免地產(chǎn)生某些偏歪如走偏、孔中心線彎曲等。
  
     （3）鉆頭工作條件惡劣。切屑是在不能保證其在正常形成的不良條件下產(chǎn)生的。
 
     （4）斷屑與排屑困難。深孔加工時(shí)，排屑空間受到限制且切屑難以自動(dòng)排出。必須保證可靠地?cái)嘈己团判迹駝t切屑堵塞就會(huì)引起刀具損壞。
 
     （5）冷卻和潤(rùn)滑。孔加工屬于半封閉式切削，摩擦大，切削熱不易散出，工作條件差，而加工深孔時(shí)，切削液更難注入，必須采取有效的冷卻和潤(rùn)滑措施。
 
     （6）材料特性引起的跑偏問(wèn)題。由于零件為鍛件，整體體積和噸位大（重量＞100T），零件鍛制過(guò)程中鍛件局部可能存在材料加工不均勻而生成的“硬點(diǎn)”，如果孔加工時(shí)經(jīng)過(guò)“硬點(diǎn)”的位置就容易使鉆頭行進(jìn)軌跡產(chǎn)生偏移，造成加工后孔的整體直線度超差。
  

      2．深孔加工方法對(duì)比
 
     常用的孔加工方法如下：
 
    （1）麻花鉆加工+擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔。
 
    （2）外排屑深孔鉆（槍鉆）。
 
     使用范圍：適用加工孔徑Φ6~Φ20，孔深與孔徑之比大于100。特點(diǎn)：需要較高的內(nèi)冷壓力；進(jìn)給量小，效率較低；剛性差，加工孔的精度低，粗糙度差；成本較低。
 
     （3）BTA 內(nèi)排屑深孔鉆（數(shù)控三軸深孔鉆）。
 
     使用范圍：適用加工孔徑Φ15~Φ65，設(shè)備最大加工深度1700mm。特點(diǎn)：效率高，精度高，要求裝卡精度高。
 
    （4）噴吸鉆系統(tǒng)。
 
     使用范圍：適用加工孔徑Φ16~Φ60。
 
     特點(diǎn)：切削液要求壓力較低，其余性能同內(nèi)排屑深孔鉆，可裝載在鏜銑床上使用。
 
     （5）DF 系統(tǒng)。
 
     使用范圍：同噴吸鉆。
 
     特點(diǎn)： 噴吸鉆與BTA 內(nèi)排屑深孔鉆相結(jié)合的一種深孔鉆削加工系統(tǒng)，效率高，精度高。
 
     成本較高。
 
     首先排除方法1）。
 
     槍鉆在理論上可以滿足鉆孔深度的要求，但是超過(guò)兩米的排屑路徑，通過(guò)單純的增加內(nèi)冷壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)排屑是不可能的，同時(shí)槍鉆的加工精度也無(wú)法保證。
 
     數(shù)控三軸鉆床加工精度可以滿足加工要求，但受設(shè)備加工能力的限制，無(wú)法完成整個(gè)孔深度上的加工。
 
     DF 系統(tǒng)在加工精度和加工效率都更優(yōu)秀，但性價(jià)比較低。
 
    在充分考慮刀具系統(tǒng)加工能力和性價(jià)比之后，配合廠內(nèi)設(shè)備決定采用噴吸鉆系統(tǒng)進(jìn)行疏水孔的加工試驗(yàn)。

  
     3.噴吸鉆加工方法及其原理
 
     作為內(nèi)排屑加工系統(tǒng)（圖2），噴吸鉆原理為：將冷卻液從刀體外壓入切削區(qū)并用噴吸法進(jìn)行內(nèi)排屑。冷卻液從冷卻液供給系統(tǒng)進(jìn)入尾部的接柄，其中一部分從內(nèi)管四周月牙區(qū)噴入內(nèi)管。由于牙槽縫隙很窄，冷卻液噴出時(shí)產(chǎn)生的噴射效應(yīng)能使內(nèi)管理形成負(fù)壓區(qū)。另外一部分冷卻液經(jīng)內(nèi)管與外管之間流入切削區(qū)， 匯同切屑被負(fù)壓吸入內(nèi)管中，迅速向后排出，增強(qiáng)了排屑效果。

     
  
                                 圖2 噴吸鉆原理圖

     4．試驗(yàn)
 
     4.1 試驗(yàn)加工系統(tǒng)
 
     利用鏜銑床，在2200mm 長(zhǎng)近似材質(zhì)的試驗(yàn)件上利用內(nèi)排屑噴吸鉆系統(tǒng)進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)。試驗(yàn)及產(chǎn)品加工系統(tǒng)如圖3 所示。

    
  
                             圖3 試驗(yàn)及產(chǎn)品加工系統(tǒng)

     由于深孔鉆頭要求切削液具有高的壓力和大的流量，切削液的傳輸裝置應(yīng)能將切削液沿鉆桿和鉆頭的外部送達(dá)切削刃，再由那里通過(guò)鉆頭和鉆桿的內(nèi)部帶著切屑排出。
 
     固冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由受油器、油箱、積屑箱、油泵、電機(jī)和相應(yīng)的液壓元件等組成。
 
     試驗(yàn)系統(tǒng)具體參數(shù)為：
 
     切削液類型：切削油。
     切削液壓力：2~3MPa。
     切削液流量：125~200L/min。
     工件材料：20MnMoIV。
     被加工孔的尺寸：直徑Φ59mm，孔深2100mm。
 
     4.2 試驗(yàn)加工過(guò)程
 
     加工流程：底孔加工（麻花鉆、鏜刀桿）→短鉆桿加工（噴吸鉆）→長(zhǎng)鉆桿加工（噴吸鉆）。
 
     4.3 加工參數(shù)選擇
 
     試驗(yàn)過(guò)程中需要明確的參數(shù)主要有兩個(gè)：轉(zhuǎn)速（切削速度）和進(jìn)給量。
 
     轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量是需要相匹配的：
 
     高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給會(huì)造成鐵屑不折斷，這是由于，隨著切削速度的增加使鐵屑升溫、變形系數(shù)減小（鐵屑變薄），導(dǎo)致鐵屑難以折斷。
 
     低轉(zhuǎn)速高進(jìn)給會(huì)造成刀具切削形式由切削變?yōu)閿D壓，會(huì)大大增加刀具與工件接觸部位的溫度，嚴(yán)重降低刀具使用壽命，甚至發(fā)生崩刃等情況。同時(shí)過(guò)大的進(jìn)給量可能會(huì)超出設(shè)備最大扭矩能力，對(duì)設(shè)備造成損害。
 
     為了保證設(shè)備安全和試驗(yàn)的可控性， 試驗(yàn)初期選擇較低鉆速和較小的進(jìn)給進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)材料特性和加工經(jīng)驗(yàn)，選擇200r/min的轉(zhuǎn)速和20mm/min 的進(jìn)給。切削約100mm，設(shè)備及刀具系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，但是排出的鐵屑軟、長(zhǎng)，部分長(zhǎng)鐵屑積聚在鉆管內(nèi)不易排出。

     鐵屑越厚，越容易折斷，根據(jù)之前試驗(yàn)過(guò)程中不易斷屑的情況可以判斷當(dāng)前的進(jìn)給量較低，可以適當(dāng)增大。
 
      下表  列出了不同轉(zhuǎn)速和進(jìn)給的參數(shù)下加工的各項(xiàng)指標(biāo)顯示。適宜的加工參數(shù)是在鐵屑厚度和鉆頭壽命中選取合適的平衡點(diǎn)。
 
      表:不同切削參數(shù)加工對(duì)照

                圖4 適合的切削參數(shù)下的鐵屑
     
      4.4 加工精度控制措施
   
     （1）鉆孔前加工一個(gè)與鉆頭直徑相同并有足夠深度的定位孔，此孔在引鉆時(shí)可以起到導(dǎo)向定心的作用。注意保證定位孔的加工精度。
     （2）在設(shè)備與工件之間加入支撐裝置，可以有效地減少由于鉆桿長(zhǎng)度過(guò)大引起的孔直線度偏差。
     （3）利用長(zhǎng)短鉆桿分段加工，每加工一段距離后退出刀桿，對(duì)已加工孔進(jìn)行檢查，有效避免一次加工到位帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
   
     5.總結(jié)
   
     截止目前已順利完成4 臺(tái)產(chǎn)品（每臺(tái)1 個(gè)）的疏水孔加工，說(shuō)明內(nèi)排屑噴吸鉆加工單孔、大深度和大長(zhǎng)徑比的深孔是可行的。進(jìn)一步豐富了深孔加工的加工方式，為相關(guān)類似的產(chǎn)品加工提供了參考。