0 引 言

通常我們把孔深L與直徑d之比大于5，即L/ d＞5的孔稱為深孔，深孔鉆削在機械加工中至今仍處于發(fā)展中，加工技術還不夠成熟。熱壓板是人造板壓機中的一個主要零件，在其橫向需鉆削熱介質通道，這些孔道長徑比一般為50～100，材料以Q345B為主，孔徑為?20～42 mm，孔深為1 300～3 000mm，如圖1所示為中密度纖維板壓機中的熱壓板，孔的長徑比達85，深孔加工排屑困難，切削熱不易散出，加之鉆桿長、剛度差、易振動、導向性差，故加工孔的直線度難以保證，嚴重時會鉆通熱壓板的上表面。

因此，采用合理的深孔加工方法，對于提高深孔加工質量與效率是十分重要的，我公司多年來一直致力于熱壓板深孔加工技術的研究，對深孔加工鉆頭的設計及加工中常見問題的處理方面取得了較為滿意的成果，現(xiàn)介紹如下。

圖1 中密度纖維板壓機中的熱壓板

1 熱壓板深孔加工方法及主要參數的選擇

1.1 熱壓板深孔加工系統(tǒng)的選擇

深孔加工系統(tǒng)是以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的。目前，國內、外常用的深孔加工系統(tǒng)有槍鉆系統(tǒng)、BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和DF系統(tǒng)。根據熱壓板深孔的特點，我們采用的是BTA內排屑系統(tǒng)。BTA鉆頭切削力分布均勻，分屑、斷屑性能好，鉆削穩(wěn)定可靠，鉆削出的深孔直線度好，適合加工孔徑大于18 mm，長徑比小于100的孔。圖2所示為內排屑深孔鉆床結構，主要由床身、主軸箱、進給傳動箱、中心架、授油器、鉆桿聯(lián)結器、液壓及冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、油屑分離裝置等組成。主軸箱及進給箱均由交流變頻電機驅動，都具有無級調速功能。授油器除了具備導向功能外，還提供向切削區(qū)輸油的通道。其工作原理是：切削液在較高的壓力下（2～6MPa）下通過授油器從鉆桿外壁與工件孔壁間的空隙進入切削區(qū)以冷卻、潤滑鉆頭，并將切屑經鉆頭前端的排屑孔沖入鉆桿內部，向后排出。這種排屑方式，其通道截面較大，排屑順暢，且鉆桿外徑可以做得較大，剛度好，有利于提高進給量。

圖2 內排屑深孔鉆床

熱壓板深孔直徑為?20～42 mm，可采用3刃錯齒內排屑鉆頭，一般直徑低于65 mm可采用焊接式結構，如圖3為焊接式鉆頭，其結構特點如下：

圖3 焊接式鉆頭

（1）刀體上分布有外齒刀片、中間齒刀片（兼導向塊）、內齒刀片、1個導向塊和雙面排屑孔，并通過刀體上的多頭矩形螺紋與空心鉆桿聯(lián)接。

（2）鉆芯部分是由中心齒的內刃形成， 鉆尖相對于鉆孔軸心線偏移了一段距離e，加工時鉆芯處刀刃低于鉆尖處刀刃，因此會形成一個導向芯柱，使鉆頭具有較好的導向性，鉆孔時不易偏斜，該導向芯柱增長到一定長度后會自行折斷并隨切屑一起排出。

（3）主刀刃采用非對稱的分段、交錯排列形式，并保證有一定的搭接量，可保證分屑可靠，并在主刀面上磨有斷屑臺以形成理想的“C”形切屑，便于切屑順利排出。

孔徑范圍在25～65 mm深孔還可采用機夾式可轉位不重磨鉆頭，雖然單價昂貴，但是性能可靠，使用壽命長，生產效率高，對于加工批量大的用戶可采用。

1.2 刀具材料的選用

深孔鉆刀片材料主要取決于工件材料的性能，不同的工件材料應選用相應的硬質合金。中心齒所受的軸向力大，擠壓摩擦嚴重，應考慮選用抗彎強度高，抗沖擊性好的YG類或YW類硬質合金刀片；而外齒和中間齒由于切削速度較高，應選用紅硬性好，耐磨性高的YT類合金，導向塊應選用耐磨性高的YT類材料。熱壓板材料一般為碳鋼和低合金結構鋼，是比較容易切削的材料，刀片材料牌號的選擇一般為：導向塊用YT5，鉆頭三個齒全部采用YT789 。

1.3 鉆頭主要幾何參數的選擇

（1）鉆頭的基本直徑D：鉆頭直徑D可取加工孔的最小極限孔徑加上孔徑公差值的2/3，鉆頭公差按h6選取。

（2）切削刃前角γ：切削刃前角的選擇應考慮工件材料與刀具切削部分材料。一般外刃前角為γ=0°，對于加工韌性好的材料，可取3°～6°，磨斷屑臺時應予以保證。內刃磨成負前角，一般為-3°～-10°，其作用在于增加中間刃的強度。

（3）切削刃后角α：增加后角可以減小摩擦。切削刃后角取值，要考慮工件材質和進給量，一般外刃后角α取8°～12°?？拷@心的內刃，由于切削速度減小，內刃的后角應取大一些，可取12°～15°。

（4）余偏角ψ：余偏角ψ的大小直接影響切削力的分配及斷屑效果。適當地減小余偏角，可使徑向力減小，有利于切屑的折斷，使排屑順暢。通常外刃余偏角ψr為18°，內刃余偏角ψrt一般應比外刃余偏角大，可取20°。這樣，不僅可使徑向力始終壓向導向塊一邊，還可避免刃磨時碰傷中間齒。

(5)刃傾角λ：刃傾角的大小可以控制流屑方向。一般外刃的刃傾角λ=0°，內刃應磨出一定的刃傾角，通常端面刃傾角λt為5°～8°。

(6)偏心量e：一般取e=0.1D。

1.4 切削用量的選擇

當確定了刀具的幾何參數后，還需選定合理的切削用量才能進行切削加工。切削用量的選取對切削加工的生產效率、加工成本和加工質量有很大的影響，目前可根據瑞典山特維克公司推薦的BTA實體鉆切削用量（見表1）來初選刀具進給量f及切削速度v，然后經工藝試驗進行修正，以形成良好的切屑形態(tài)為標準，再選定最佳的切削用量。

表1 瑞典山特維克公司推薦的切削用量

1.5 切削液的選擇

切削液在深孔加工中起冷卻、潤滑、排屑、減振和消聲等作用。選用時要綜合工件材質、周圍環(huán)境及切削條件，不同的條件應選擇不同的切削液。熱壓板深孔由于長徑比大，切削過程中熱量不易散出、溫度高、磨損嚴重。因此所用的切削液，除了具備良好的冷卻、潤滑作用外，還需要較好的流動性，粘度不宜過高，以利于加快流速和沖刷切屑，流速一般為8～12m/s。根據熱壓板的特點，選用馬思特公司的TRIM OM350C切削油，它含高效的礦物油，含有高效合成酯型添加劑，具有很好的極壓潤滑性，能抑制積屑瘤的產生，為深孔加工提供良好的潤滑性和冷卻性。使用切削液時還應注意以下幾個方面：

（1）要有合適的壓力與流量。只有合適的壓力與流量才能保證切削液輸送到切削區(qū)域起冷卻、潤滑、強制排屑的作用，所需的壓力和流量與刀具直徑、工件材質 、孔深、加工方法有關，流量與壓強的取值可根據表2中推薦范圍內選取。

表2 內排屑深孔鉆切削液的壓力與流量參考

（2）散熱要充分。切削液在使用中如散熱不充分，會引起溫度上升，不僅會影響冷卻效果，還會使切削油老化。一般進油溫度低于40℃，回油溫度低于50℃。為控制切削液的溫升，一般用加大外部冷油箱的方法，油箱體積一般為系統(tǒng)冷卻泵額定流量的20～25倍。

（3）要充分過濾。不清潔的切削液會導致破壞導向塊表面的潤滑膜，也容易使液壓泵及閥門過早磨損，因此必須對冷卻液進行充分過濾。一般要經過粗濾、精濾，其處理方法是，切削液回切屑收集箱后通過高速離心機完成切屑和油液分離，再經過磁過濾器、紙帶過濾器進行超精過濾后進入儲油箱。

2 深孔加工中常見問題的處理

2.1 內排屑深孔加工中的堵屑問題

在內排屑鉆削過程中，細長的卷屑在出屑口喉部交匯時，很容易互相糾纏而堵塞出屑口。而出屑口一旦被堵塞，后續(xù)的切屑很快被壓實，此時操作者如未能及時發(fā)現(xiàn)并立即關機，將會發(fā)生鉆頭崩刃、鉆桿損傷等事故。因此，應采取可靠的手段進行斷屑及控制切屑的形狀來降低切屑的容積系數，以利于排屑?？刹捎靡韵麓胧┻M行切屑處理：

表3 斷屑臺幾何參數推薦

(1)改變刀具角度和切削用量：適當減小前角γ0，可使切屑與前刀面的接觸長度變短，從而使切屑變形，促使切屑折斷，內刃由于不能磨出斷屑槽，可采用負前角；適當減小余偏角ψ0或增大進給量f，使切屑厚度增加，促使斷屑。

(2)磨制切屑臺：根據工件材質合理選用斷屑臺幾何參數以控制切屑卷曲程度，取得有利于排屑的“C”形切屑。對于低碳鋼及低合金鋼，可采用直線圓弧型斷屑臺，見圖4，切削臺一般采用外斜式，傾斜角τ=2～6°，在v=1.1～1.8m/s，f=0.14～0.36mm/r，工件材料為碳素結構鋼時，幾何參數可根據表3進行選取，在使用中應先對加工材質、切削用量和設備條件的實際情況進行試驗，然后對斷屑臺的幾何參數進行必要的修正。

圖4 直線圓弧型斷屑臺

(3)適當增加切屑液的壓力與流量：切屑液應有必要的壓強和流量，油壓、流量的匹配，以能實現(xiàn)正常的排屑。

(4)采用高強度材料作刀體及鉆桿：采用強度高的材料可以適當增大刀體排屑孔直徑。我們原采用45鋼（調質）作鉆桿及刀體材料，取排屑口直徑D0=0.55D，加工中經常出現(xiàn)堵屑而使鉆桿折斷，后改用高強度鋼35CrMnSiA，并調質處理至330HB，調質后校正作定性處理，取D0=0.65D，增大了排屑口直徑，改進后排屑狀況明顯改善。

2.2 深孔加工孔軸線偏斜的因素及控制

深孔加工時發(fā)生軸線偏斜是難以完全避免的，深孔的長徑比大于50，孔軸線偏斜一般無法預測和控制，孔偏斜至一定程度后，就開始急劇變化引起直線度超差。技術上要求熱壓板表面在使用中溫差不超過±3℃，溫差增大將直接影響人造板產品的質量，造成熱壓板表面溫差過大的原因之一是熱壓板加熱孔道中心線傾斜。因此，熱壓板中每條加熱孔道中心線都應在同一水平面上，并且每條加熱孔道要互相平行。因此控制熱壓板深孔直線度是提高人造板設備出板質量的必要條件之一。

2.2.1 影響深孔軸線偏差的因素

(1)機床：主軸回轉中心與鉆桿夾頭、導向套中心、授油器中心、中心架孔中心之間的同軸度誤差以及主軸磨損、鉆套與鉆桿的間隙、機床導軌的直線度誤差等都會直接影響鉆頭的導入，造成鉆桿進給時產生彎曲變形而導致被加工孔偏斜或彎曲。因此保證機床的上述精度指標是十分必要的。

(2)工件：工件材質不均勻、 工件端面與鉆頭不垂直。在深孔鉆削中，傾斜的工件端面對孔軸線偏斜的影響較大，其原因是在入鉆時傾斜的工件端面使鉆頭兩側的切削力不平衡而使徑向力增加，導致軸線偏斜。

(3)刀具：刀具第一導向條棱角處相對于外齒拐角點的滯后量為（3～5）f，第二導向條如與第一導向條保持齊平或稍有滯后。滯后量過大會加大孔的偏斜，并使孔徑擴大。鉆頭旋轉進給時，如果鉆桿剛度差，或由于某些原因使鉆頭切入時偏離預定路線，它就會繼續(xù)偏斜下去以至無法糾正。

2.2.2 為控制孔軸線偏移量，可采取如下措施：

(1)提高導向精度：導向精度取決于授油器中心與機床回轉中心的同軸度以及導向套內外定位面的同軸度和導向孔與鉆頭的配合精度。導向套材料一般選用高強度合金鋼，淬火硬度在55HRC以上。鉆套內徑與鉆頭之間的間隙對深孔鉆切入階段的正常工作有重大影響，間隙過大會加大鉆頭走偏。根據經驗，對于直徑50 mm以下的鉆頭，新鉆頭與新導向套之間的間隙應不大于0.01 mm，已磨損的導向套，其直徑的最大磨損量應控制在0.005 mm范圍內，超過時應及時更換。

(2)合理布置導向塊位置角：在選擇導向塊位置角時，要考慮鉆頭的穩(wěn)定度，導向塊的分布原則是要求合力作用在兩導向塊之間，并且盡量使兩導向塊的壓力相等。如圖5，一般取δ1=5±5°，δ2=0±5°。

圖5 導向塊位置角的布置

(3)提高鉆桿剛度：提高鉆桿剛度是改善深孔鉆削過程中孔線偏斜量的一個重要因素。為提高深孔鉆削的剛度，除在頭部設有導向套外，可在鉆桿中部安裝可沿導軌移動的中心架。

(4)提高工件質量：在深孔加工前，對工件進行熱處理以使組織均勻，根據先面后孔原則，兩平面與兩側面要銑削加工，保證側面和上下平面垂直。這樣可以保證入鉆時鉆頭與工件端面垂直，減小工件因硬度不勻對鉆孔軸線偏斜的影響。

(5)根據鉆孔軸線偏斜趨勢及時調整工藝：不同材料和不同直徑孔中心線偏斜的情況不同，如圖6所示是在深孔試驗中加工10-φ40測出其中4個偏斜量較大孔的偏斜圖，其加工狀態(tài)及數據見表3，由圖6可知孔深在小于1 600 mm時軸線斜處于正常偏斜階段，偏斜量可以預測和控制，孔深超過1 600 mm則處于急劇偏斜階段，是無法預測和控制的。因此，應該避免鉆削進入此階段。因此在加工材料為Q345B，孔徑φ40的熱壓板要據直線度要求采用以下方法糾偏：如孔深不超過1 600mm, 并且試驗中此處的最大偏斜量未超差，則采用一次鉆通；如孔深超過1 600mm，在鉆削至1/2長度時，將工件卸下調頭，從另一側重新開始鉆孔與原孔接通。

圖6 測試孔軸線偏斜

表3 試板上表面至深孔頂端母線厚度的數據

(6)調整刀具幾何參數糾偏：采用對接工藝后孔軸線偏斜量仍超差時，可以通過調整刀具的幾何參數進行糾偏，即適當地修磨鉆頭，增大鉆頭峰角2φ和減小鉆尖偏心量e，以改變刀具的受力狀況。

(7)選擇合理的切削用量：在初始階段，為防止因鉆桿懸伸較長、自重、切削力及離心力所產生的彎曲而采用低轉速和較小的進給量。鉆孔深度達到一定深度后，由于孔壁的導向作用使得鉆桿彎曲所造成的影響已較小，則可選用較高的轉速及適當大的進給量。一般入鉆時的進給量為正常切削時進給量的1/3。

堵屑與深孔加工軸線偏斜是相互影響、互相制約的。排屑為主要因素，而軸線偏斜往往是由堵屑而附生的。因此在鉆削中首先選取切屑液的壓力與流量，再取深孔鉆頭的合理參數，特別是斷屑臺的尺寸，以及機床的精度和操作員的技能。

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