程鑫/中國第一重型機械集團公司鑄鍛鋼事業(yè)部軋電分廠生產(chǎn)科

對深孔加工方法的探討

程鑫/中國第一重型機械集團公司鑄鍛鋼事業(yè)部軋電分廠生產(chǎn)科

孔加工在金屬切削加工中占有重要地位，而深孔加工更是機械加工中難度大、技術(shù)含量高、專業(yè)性強、加工成本高的一種加工技術(shù)。本文研究了深孔加工的方法及需要注意的問題。

深孔加工；方法

深孔一般是指長徑比大于5的孔，深孔鉆削難度大。由于鉆頭在很深孔內(nèi)切削，無法直接觀察切削情況，只能以聽聲音、看出屑和測油壓進(jìn)行判斷。同時鉆頭在近似封閉的狀態(tài)下丁作，散熱困難，鉆頭磨損嚴(yán)重。切屑多而排屑通道長，如不采取必要措施，隨時可能由于切屑堵而導(dǎo)致鉆頭損壞。由于孔的深度與直徑的比例較大，鉆桿細(xì)長，剛性差，工作時易偏斜及產(chǎn)生振動，孔的精度和表面粗糙度難以保證。所以深孔鉆削要排屑通暢，充分冷卻潤滑，有良好的導(dǎo)向。

一、槍鉆加工

深孔槍管鉆最初是應(yīng)用于兵器制造業(yè)，因此得名槍鉆，隨著科技的不斷發(fā)展和深孔加工系統(tǒng)制造商的不懈努力，深孔加工已經(jīng)成為一種方便高效的加工方式。并被廣泛應(yīng)用于如：汽車工業(yè)、航天工業(yè)、結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)、醫(yī)療器材工業(yè)、模具/刀具/治具工業(yè)及油壓、空壓工業(yè)等領(lǐng)域。

槍鉆是理想的深孔加工解決方案，采用槍鉆可以獲得精密的加工效果，加工出來的孔位置精確，直線度、同軸度高，并且有很高的表面光潔度和重復(fù)性。能夠方便的加工各種形式的深孔，對于特殊深孔，比如交叉孔，盲孔及平底盲孔等也能很好的解決。槍鉆除了應(yīng)用專業(yè)的深孔鉆機外，也可用于CNC機床上，在普通機床上稍作改動也可以實現(xiàn)深孔加工功能。

槍鉆適用于深孔加工，直線度可達(dá)1/1000，同心度可達(dá)1/1000或更好，孔直徑公差可達(dá)±0.0127mm，光潔度達(dá)Ra0.8，適用于交叉孔、平底盲孔，重復(fù)性好，可實現(xiàn)一次貫穿的加工方式。

專業(yè)的槍鉆系統(tǒng)由深孔鉆機、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷卻系統(tǒng)組成，使用時，鉆頭通過導(dǎo)引孔或?qū)走M(jìn)入工件表面，進(jìn)入后，鉆刃的獨特結(jié)構(gòu)起到自導(dǎo)向的作用，保證了切削精度。冷卻液通過鉆頭中間的通道到達(dá)切削部位，并將切屑從排屑槽帶出工件表面，同時對鉆刃進(jìn)行冷卻和對背部的支撐凸臺進(jìn)行潤滑，從而獲良好的加工表面和加工質(zhì)量。為便于操作，高壓冷卻液從機床后端提供，鉆頭通過旋轉(zhuǎn)夾持套固定在主軸上，可以選擇工件旋轉(zhuǎn)和刀具旋轉(zhuǎn)的形式位置的調(diào)整也可選擇主軸移動或工作臺移動的方式。機床上設(shè)有切屑回收箱，切屑由此排出，并將冷卻液回收冷卻循環(huán)使用，在回收箱前端裝有導(dǎo)引套從而引導(dǎo)鉆頭進(jìn)入工件表面。對于鉆頭長度超過無支撐長度的情況，還要適當(dāng)增加中間支撐。

標(biāo)準(zhǔn)的槍鉆是由超硬鎢鋼鉆刃、航天鋼材經(jīng)熱處理制成的刀身及鋼制驅(qū)動柄經(jīng)高精度的銀焊、銅焊組合而成的，各組成部分特點如下：

鉆刃是整個槍鉆的關(guān)鍵部分，其獨特科學(xué)的組合結(jié)構(gòu)保證在完成切削工作同時還起到自導(dǎo)向的作用，可以通過一次貫穿得到一個高精度的深孔，鉆刃有兩個基本度，我們可以根據(jù)被切削工件的材料及形式來選擇最恰當(dāng)?shù)慕M合，以便于工作更好的平衡切削力和斷屑，并將切削力傳遞給支撐凸肩，保證良好的直線度和同軸度。鉆刃有很小的倒錐度并且直徑較刀身略大，可以保證鉆身可以在切削孔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)而不會磨擦孔內(nèi)壁的切削表面，根據(jù)不同要求，刃部有單圓孔、腎型孔各雙圓孔的通道同刀身的油道連接，高壓的冷卻液可以通過此通道到達(dá)切削點，并將切屑帶出工件。

刀身采用航天工業(yè)專用合金鋼材并經(jīng)熱處理制成，刀身有110-120度的V型槽，高壓切削冷卻液經(jīng)驅(qū)動柄、刀身油孔到達(dá)刃部后從此V型槽排出孔外，并將切屑帶走，為保證切削的直線度和同軸度，刀身必須有足夠的強度以便在較小的扭轉(zhuǎn)變形下提供切削所需的扭矩，同時刀身也必須有足夠的韌性，這樣才能吸收刀身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動。

驅(qū)動柄完全依照標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)加工法的規(guī)定制造。其與刀身相接的頸部處有消除應(yīng)力的光滑弧狀凹槽以避免因應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞，驅(qū)動柄為圓柱形，側(cè)面一般加工有兩個平面，供夾持套筒鎖緊整個鉆頭本體。

二、BTA內(nèi)排屑系統(tǒng)

BTA系統(tǒng)也稱為單管系統(tǒng)（STS），切削液通過鉆管和加工孔之間的縫隙直接流到加工區(qū)域。分為焊接式鉆頭和可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭，一般焊接式鉆頭加工小直徑的孔，可轉(zhuǎn)位式鉆頭加工大直徑的孔。

擴孔鉆頭分為單刀片式和多刀片式擴孔鉆，擴孔時使用的鉆頭和整體鉆削時使用的鉆頭不一樣。在不銹鋼和低碳鋼等切屑形成差的材料中使用。可用于不均勻結(jié)構(gòu)材料，長時間生產(chǎn)時有更多的優(yōu)點，加工一致性較好，要求特種深孔鉆床，高生產(chǎn)率鉆孔的首選。單管鉆系統(tǒng)的原理是外冷卻液供給和內(nèi)切屑傳送。通常，鉆頭都是靠螺紋擰緊在鉆桿上。單管鉆的生產(chǎn)率是槍鉆的6倍。

1.結(jié)構(gòu)性缺陷。單出屑口的Beisner內(nèi)排屑深孔鉆克服了槍鉆的許多不足，但帶來最大的新缺陷是相對排屑面積過小。即使鉆孔直徑φ20mm以上也經(jīng)常產(chǎn)生堵屑故障。

為了針對性地解決排屑通道斷面積不足問題，BTA鉆采用了雙出屑口錯齒結(jié)構(gòu)和在切削刃上磨出斷屑臺。由此帶來的新問題是：鉆頭的結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜化；斷屑臺的設(shè)置最終導(dǎo)致其本身成為一種一次性使用（不可重磨）的復(fù)雜工具。

2.工藝上的缺陷。錯齒BTA鉆由于結(jié)構(gòu)工藝性較差，必須有專業(yè)化程度很高的工具制造廠家生產(chǎn)，小的工具企業(yè)和企業(yè)用戶既難設(shè)計，又難制造，使BTA刀具實際上成為價格昂貴但并不經(jīng)久耐用的國際壟斷性工具產(chǎn)品。

3.功能上的缺陷。BTA鉆的最小可鉆孔直徑為φ16mm左右，而實際上很少應(yīng)用于φ20mm以下鉆孔。這是它最大的功能性缺陷。

BTA鉆的國際銷售價格很高，其焊接型結(jié)構(gòu)又只能一次性使用。機夾可轉(zhuǎn)位型的BTA錯齒鉆壽命較長，但價格又貴得多。這是BTA鉆在我國難以普遍推廣的主要原因。

4.其他缺陷。BTA刀具系列中沒有內(nèi)排屑的精加工刀具，因而限制了BTA鉆床的加工能力。BTA鉆床實際上也是功能單一的專用設(shè)備。

三、噴吸鉆系統(tǒng)（雙管系統(tǒng)）

噴吸鉆系統(tǒng)類似于單管鉆系統(tǒng)，但是其鉆頭是與內(nèi)外鉆管相連接，切削液在內(nèi)外鉆管間流經(jīng)鉆頭，并且切削液完全在鉆體內(nèi)而不是經(jīng)過鉆頭表面，切削在鉆體內(nèi)部先流出外鉆管再流經(jīng)內(nèi)鉆管。這種獨立的系統(tǒng)較單管鉆系統(tǒng)而言所需的壓力更小，并且通常能夠安裝在通用的機床刀具中而無需對機床進(jìn)行大的改造。在工件和鉆套之間不需要密封，易于適應(yīng)現(xiàn)有機床，特別適合普通車床、車削中心、臥式鏜床和加工中心。用于加工可能出現(xiàn)密封問題的工件，擴孔鉆頭分為單刀片式和多刀片式擴孔鉆，擴孔時使用的鉆頭和整體鉆削時使用的鉆頭不一樣。

它有一個優(yōu)點，這就是它可以直接使用已預(yù)鉆的孔，而不需要用鉆套來導(dǎo)向。

噴吸鉆由鉆頭、內(nèi)外鉆管、連接器、夾頭和密封套筒組成。分為焊接式鉆頭和可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭，一般焊接式鉆頭加工小直徑的孔，可轉(zhuǎn)位式鉆頭加工大直徑的孔。冷卻液濃度要合適，太濃易堵塞內(nèi)鉆管，沒有回流，噴吸效果消失。太稀沒有冷卻效果。高壓切削液起到潤滑、冷卻、和排屑的作用。當(dāng)沒有鉆套時就需要一個深的導(dǎo)向孔，孔的直徑公差相對鉆孔直徑而言應(yīng)是正公差。