​CNC數控機床（chuáng）深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等（děng）現象，從而達不到質量要（yào）求。

航空發動機某噴嘴類（lèi）零件，孔徑為Ф6mm，孔深為（wéi）105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大的深徑比更增加了此零件（jiàn）的加工難度，為了加工（gōng）出合格孔，需製定合理的加工方案，選（xuǎn）擇（zé）合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確（què）定了合理的加工方法。

 

一、零件簡介（jiè）

某噴嘴（zuǐ）類零件，總長（zhǎng）為（wéi）105mm，杆部內孔（kǒng）為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，其材料為難（nán）加（jiā）工的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔（kǒng）加工相對於一般鋼材切削加工，刀具（jù）壽命要低（dī）50%以上，且加工效率低，成本高。高溫（wēn）合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半（bàn）封閉的切削，產生的高切削熱和切屑（xiè）難以及時排出，遠離（lí）刀（dāo）尖，刀（dāo）具磨損更（gèng）為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削方法難以保證高溫合（hé）金孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀具磨損比（bǐ）加工普通鋼材快得多，且（qiě）需要切（qiē）削性能更好的刀具材（cái）料。

為了解決以上加（jiā）工難點，加工此深孔時，必（bì）須選擇合適的加工設（shè）備和刀具（jù），保證零件的加工精度。

 

二、加工工藝設計和分（fèn）析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加（jiā）工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專（zhuān）用刀具。

設（shè）備的選用考慮到本公（gōng）司產品類型多，深孔加（jiā）工產品結構差異大，且生（shēng）產批量較小，不可能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了（le）更好地保證深孔精（jīng）度要求，結合工廠實際，選擇合適的（de）加工設備（bèi）來滿足深（shēn）孔加工的技術要求（qiú）。

 

1.刀具的選擇

深孔加工（gōng）的刀具有多種，如槍鑽、噴吸（xī）鑽（zuàn）、套（tào）料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑（xiè）深孔（kǒng）鑽和亞幹式深孔加工係統等類型（xíng）。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加（jiā）工（gōng）工件材料;套料鑽、內（nèi）排屑深孔鑽（zuàn）的鑽孔直（zhí）徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔（kǒng）加工係（xì）統主要是利（lì）用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

而槍鑽適用於加工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表（biǎo）麵粗糙度（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

 

經對上述幾種深孔加工（gōng）刀具（jù）的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍（qiāng）鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖（jiān）上開有油孔，以加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑和（hé）使切屑順利排出，並選擇韌性（xìng）和抗振（zhèn）性均（jun1）較佳的硬質合金作（zuò）為基體，表麵（miàn）可塗TiC或TiN，以提高（gāo）鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管（guǎn）。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰（yāo）形孔到達切削區（qū）後迫使切屑隨（suí）切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外（wài）排屑。

此類深孔鑽前角一般（bān）為0°，以便製造。它無（wú）橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時（shí）鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在（zài）鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設（shè）備

槍（qiāng）鑽是（shì）用來（lái）鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上（shàng）的孔，加工時，通常（cháng）是工件旋轉，鑽頭作（zuò）直線進給，較適用於加工中心及配備高壓冷（lěng）卻係統的車床與立式機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用（yòng）場（chǎng）合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇（zé）了車銑複合加工中心，此設備既（jì）可實現零件（jiàn）旋轉，又配備高壓（yā）內（nèi）冷係統，滿足（zú）槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加（jiā）工

槍鑽（zuàn）屬於非平衡鑽頭（tóu），不平（píng）衡的槽形意味著切削力不（bú）平衡。

為了減（jiǎn）少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分（fèn）擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑（xǐ）加工中心不是槍鑽（zuàn）專用機床，沒（méi）有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削（xuē）引導（dǎo）孔（kǒng）的方式來平衡槍鑽切削力（lì）。通（tōng）過大量實驗數據得出：

槍鑽引導（dǎo）孔的深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

 

4.工藝試驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進（jìn）行零件的深孔加（jiā）工。

鑽導向孔時（shí），以不同廠家的鑽頭按（àn）不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的（de）加工方法和不同的切削參數（shù）進行了多個孔的鑽（zuàn）削試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀（dāo）具切削參數比國（guó）產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐（nài）磨損（sǔn），但費用較高;國產刀具的切削參數（shù）偏低，轉速（sù）為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於（yú）進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我（wǒ）們選擇了費（fèi）用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用（yòng）了兩種加工方案（àn）進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔（kǒng）時，均采取小於鑽削時轉（zhuǎn）數和進給率的方法（fǎ）進行深孔加（jiā）工;

另一種是以較低（dī）轉數和（hé）進給率反（fǎn）轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第（dì）一種加工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種（zhǒng）加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍（qiāng）鑽加工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進（jìn）給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過（guò）試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工（gōng）5件（jiàn）零件，可防止（zhǐ）鑽頭折斷。


在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高（gāo）精度孔加工問（wèn）題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便（biàn）成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員（yuán）技術（shù）的（de）影響，隻（zhī）要是一個高質量的槍鑽便可在生產過（guò）程中提供一致的表現。

它不僅適用（yòng）於（yú）專（zhuān）用槍鑽機床（chuáng），同時在（zài）高壓內冷和導向滿足的情況（kuàng）下也適用於車銑複合加（jiā）工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。