胡鳳蘭，何 錚

（1.湖南工程學院 機械工程學院，湘潭 411101；2.湘潭電化科技股份有限公司，湘潭 411131）

0 引 言

槍鉆是一種應用廣泛的深孔加工刀具，最初用于加工槍管，故名為槍鉆.槍鉆是外排屑深孔鉆的代表，也是小直徑（φ10mm以下）深孔加工的常用方法.目前，硬質(zhì)合金槍鉆的最小直徑為φ1mm；鉆孔深度與直徑之比超過100，最大可到250；鉆孔精度為IT7～IT9級；鉆孔表面粗糙度Ra為3.2～0.4 μm.槍鉆具有一次鉆削就獲得良好加工精度和表面質(zhì)量的特點，使其在深孔加工中獲得廣泛的應用.但在加工過程中，由于多種因素的影響，加工鋼材時常不能通暢的排屑，有時會發(fā)生周期性地切屑堵塞.有時會堵死排屑通道，導致鉆桿被扭斷，或在切屑箱中纏繞在槍桿上，造成鉆頭折斷.本文研究分析了其排屑故障產(chǎn)生的原因及相應的處理對策.

1 槍鉆的結(jié)構(gòu)

槍鉆由頭部1、鉆桿2和傳動部3（柄部）三部分組成，如圖1所示.頭部材料有高速鋼和硬質(zhì)合金兩種，并與鉆桿焊椄為一體，目前常用硬質(zhì)合金槍鉆.為了保證焊接牢固，定位準確，常采用圖2所示的焊口形式.在焊接后，進行校直、精磨工序，以保證頭部與柄部的同軸度.

2 切屑的形成和排出

槍鉆通常不設斷屑臺，前角為0°，有刀尖和內(nèi)外刃，有比較寬敞的V形排屑槽.對于輕合金及鑄鐵材料，所產(chǎn)生的切屑一般呈短卷、針卷或碎塊狀，可以很順利地被切削液沖出.

但在加工鋼料時，外刃產(chǎn)生的切屑是右旋連續(xù)螺卷，內(nèi)刃產(chǎn)生的切屑是左旋的，外刃切屑生成的速度遠高于內(nèi)刃.二者在孔壁的約束和切削液的沖擊下相互干涉，速度慢的內(nèi)刃切屑被斷成扇片狀，并使相互扭在一起的切屑流形成斷口，在高壓切削液的沖擊下被拉斷成一定的長度，沿V形槽向外排出如圖3所示.但如前所述，由于多種因素的影響，常不能通暢的排屑.

圖3 內(nèi)外刃切屑的流動和干擾

3 導致排屑故障的常見因素及處理對策

排屑故障的產(chǎn)生，主要表現(xiàn)為四種原因：一是連續(xù)生成的螺旋狀切屑經(jīng)久不斷；二是切屑卷中有寬窄不等的多股切屑互相夾雜，成為纏繞性切屑；三是切屑為剛性螺卷，連續(xù)不斷；四是形成棒形切屑，因其截面積小而易沉積在V形槽中不易沖出.從實質(zhì)上看，則是由于工件材料、進給量大小、鉆頭幾何參數(shù)等因素的匹配不得當，或因切削刃崩裂、磨鈍、油壓流速不足而造成的，故必須具體分析并采取針對性措施予以處理.

對于鋼材，進給量越大，內(nèi)外刃的切屑干涉能力越強，越容易產(chǎn)生短切屑.低碳鋼的切屑易于伸展，可通過適當加大外角和減小外刃寬度以縮短切屑長度.

而對于鋁合金，不論進給量大小，切屑都容易排出，故可采用較大的進給量，但加工含硅量為0.13%以下的純鋁時，如進給量過大（0.05mm／r），易產(chǎn)生剛性大的長螺卷切屑，不利于排出，宜適當降低進給量.另外，加工純鋁時，鉆頭內(nèi)外角不宜太小.

對于鑄鐵，進給量大小，鉆頭幾何參數(shù)的變化，對其切屑形態(tài)影響都不大，不會構(gòu)成排屑障礙.

對奧氏體不銹鋼0Cr19Ni9的實驗表明，進給量對切屑長度的影響基本上與鋼材類似.在f＝0.01～0.2mm／r都不致造成排屑障礙.加工不銹鋼時，鉆頭外角不宜過小，否則內(nèi)刃切屑變長，會纏繞鉆頭.用40°／120°和A＝D／4的匹配可使兩條切屑流的方向差別不大，這樣反而容易使切屑分離.

除此之外，可能導致排屑故障的因素還有：

（1）槍鉆的切削刃一旦出現(xiàn)崩刃或磨損嚴重時，會產(chǎn)生多股細屑互相纏繞，應立即修磨.

（2）定徑刃沒有保持良好的表面質(zhì)量.

（3）鉆套未緊貼工件.如二者之間有小空隙，容易產(chǎn)生堵屑.但若用槍鉆在大型固定工件上鉆出集群小孔時，一般不設排屑器，而是將切屑排放在工件與導向套之間或鉆套后方的鉆桿外.這種情況下，切屑會直接濺落在機床臺座上，不會造成鉆頭和鉆桿的堵塞.

（4）當鉆頭和鉆桿發(fā)生震動時，切屑形態(tài)會變得不正常.應檢查鉆頭是否受力損傷，或調(diào)整切削用量，針對性地加以排除.

（5）工件材質(zhì)不均勻時，也會產(chǎn)生切屑形態(tài)不正常而造成排屑障礙.故應改善材質(zhì)以減小排屑障礙.

（6）切削液在V型槽中的流速不夠也會使切屑沉積，造成排屑障礙，故保證足夠的流速是消除堵塞事故的一項基本前提條件.

圖4（a）為槍鉆供油通道的示意圖，圖4（b）為φ20mm槍鉆切削液通道上從切削液入口處1到出口6各點實測的油壓變動曲線.由圖可見，大部分的壓力損失發(fā)生在鉆頭頂部.如果通過實驗求得圖中各點的壓力損失系數(shù)，就可以根據(jù)鉆頭直徑D（m），鉆桿長度L（m），出油孔長度L（m）、油量Q（m3／s）、切削油密度 （kg／m3）、運動粘度V（m2／s，1m2／s＝106cst）、鉆孔深度Lc（m）等參數(shù)求出必要的供油壓力（MPa）.

圖4 槍鉆切削液通道及壓力變化

圖5是不同直徑槍鉆所需要的油壓、流量大致范圍以及由此推定出來的V形槽切削液流速（m／s）.如鉆頭直徑在φ15mm以上時，V形槽中切削液的平均流速不超過15m／s，當鉆頭直徑小至φ5mm時，平均流速就高達30～50m／s.由于鉆頭直徑越小，排屑難度越大，當鉆頭直徑小于φ15mm時，此一趨勢越加明顯.所以當槍鉆直徑小于φ15mm時，油壓隨鉆頭直徑的縮小呈急劇上升趨勢.

圖5 槍鉆的油壓、流量和流速

（7）適當加大鉆頭頭部通油孔面積，對于改善小直徑槍鉆的排屑情況有重要的現(xiàn)實意義.

從圖4（b）看到，有相當大的油壓損失產(chǎn)生于鉆頭頂部通油孔，因為要保持充裕的鉆頭重磨量，鉆頭工作部分的長度不能隨意縮短，因此就只能從加大通油孔面積入手求得改善.

如果通油孔的形式為單油孔，加大通油孔直徑是不可行的，因為這會使油孔周邊與切削刃及導向部之間的壁厚變薄而造成應力集中，導致鉆頭破裂.最好是設置雙油孔如圖6所示，即在主油孔的左上側(cè)加設一個直徑為0.2D的副油孔.這樣可使鉆頭頂部通油面積增加64%，從而使總油壓降低40%左右.

圖6 雙油孔的設置

在增大鉆頭通油面積的同時，切削刃對側(cè)油隙的截面積應不小于鉆頭頂部通油孔面積.

（8）改變切削刃的形狀和幾何參數(shù).針對小直徑槍鉆加工鋼材時，易出現(xiàn)斷屑不良引起的堵塞和纏繞問題，日本研究出了一種"快速進刀槍鉆"（speed feed gun drill，簡稱SF槍鉆），見圖7.這種槍鉆在結(jié)構(gòu)上的特點是：將外刃前刀面刃磨成曲率半徑為R的圓?。煌饨桥c內(nèi)角采取45°／10°的匹配；外刃寬度取值D／6，使鉆尖向外移動.

圖7 SF槍鉆

外刃前面的圓弧起到了斷屑器的作用，與特殊的內(nèi)外刃角度和快速進給相結(jié)合，使切屑斷裂成為碎塊，顯著改善了排屑效果，還能使加工效率成倍提高.

還有一種新型雙刃槍鉆，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，該鉆頭采用兩條容屑空間和形狀既不相同也不對稱的排屑槽結(jié)構(gòu)，切削液通道和排屑空間大，鉆尖偏離鉆軸中心，無橫刃.因此它既具有單刃槍鉆導向好、切削穩(wěn)定的優(yōu)點，又具有雙刃槍鉆切削力較平穩(wěn)，鉆削扭矩小及切削液流量大的優(yōu)點.此外由于它采用了方便可靠的分屑方式，產(chǎn)生的切屑細而窄，成條狀，切削變形小，容易斷屑和排屑.

圖8 新型雙刃槍鉆及其分屑形式

圖8（a）是分屑槽分屑型，主切削刃由外刃1、內(nèi)刃2、分屑刃3及分屑槽4組成.在外刃中間刃磨一魚肚形分屑槽，寬度約為外刃的1／3.工件轉(zhuǎn)動一圈時，外刃切下一層金屬，分屑槽處留下一層金屬未切除，由分屑刃來切除，可實現(xiàn)完全分屑.這樣鉆削層被分屑槽和偏心鉆尖分為4段，切下的切屑細而窄，便于斷屑和排屑.這種分屑方式既簡單可靠，又可減小鉆削徑向力.應注意為了分屑可靠，外刃與分屑刃的鋒角應相同，但它們不在一個錐面上，外刃比分屑刃約高出 .

圖8（b）是倒角分屑型，主切削刃由外刃1、內(nèi)刃2、分屑刃3及倒角刃4組成.這種刃型一般用于鉆頭直徑較?。é眨?mm），不易刃磨分屑槽用.

4 結(jié)束語

綜上所述，及時修磨磨損的切削刃，保持刀具各表面良好的表面質(zhì)量，保證鉆套與工件的良好配合，防止鉆削過程中的震動，以及選擇良好的深孔零件材質(zhì)，合理的切削液供油壓力及流速，可保證槍鉆在深孔加工中排屑通暢.此外，合理改變切削刃的形狀和幾何參數(shù)，研制先進的雙刃槍鉆等都可有效改善排屑效果，提高深孔零件的加工質(zhì)量.

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