深孔加工技术浅谈
深孔加工技术浅谈
705所高技术公司 闫栋
【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要求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】 钻井勘测设备一直是我公司的主要产品，在产品零部件的加工中，经常遇到深孔加工的问题，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。
论文内容：
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、质量好、劳动强度低。但对于一些中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，圆柱度为 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。
图2 孔的加工路线
二、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边R0.2-0.5的圆弧过度刃，粗糙度达Ra0.4以下，
图3 麻花钻的几何参数
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，改善散热条件，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。各支钻头的几何参数如图3所示。
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孔公差带中间1/3左右的尺寸。如图1零件要铰mm孔，则铰刀尺寸最好选择mm尺寸的铰刀。选用时，铰刀刃口必须锋利，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；进给量取0.2~1mm/r。对图1，铰削mm的孔，因尺寸精度要求较高，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。
5、选择合理的切削液
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；当铰孔要求更高时，可茶油、柴油、猪油等。对图1铰削mm的孔，尺寸要求较高，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
夹具设计工艺简单，制作容易，成本低。
加工质量好，铰孔的精度可达IT6~IT8，表面粗糙度一般达，甚至更小，达到图样精度要求。
3、 加工的适用范围较广，对孔径加工要求较高的中小孔（）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。
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.
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