龐廣泉

【摘 要】在金屬鉆孔加工中，細(xì)長(zhǎng)孔加工一直是個(gè)難題.加工精度難以滿足產(chǎn)品要求。此次論文將在振動(dòng)鉆削試驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ，通過(guò)對(duì)加工過(guò)程和鉆削結(jié)果的觀察和分析，全面論述了振動(dòng)鉆削改善產(chǎn)品質(zhì)量的原因。即振動(dòng)鉆削改善產(chǎn)品質(zhì)量是因?yàn)樗哂幸韵碌挠欣蛩兀毫己玫臄嘈己团判夹Ч?，充分的潤(rùn)滑 ，對(duì)積屑瘤的消除以及對(duì)已加工孔壁的往復(fù)熨壓拋光作用等，通過(guò)此次切削實(shí)驗(yàn)，探討了切屑形態(tài)變化與切削參數(shù)之間的關(guān)系，總結(jié)出斷屑的最佳切削條件。

【關(guān)鍵詞】振動(dòng)鉆削；細(xì)長(zhǎng)孔加工；加工精度；斷屑；排屑；屑瘤和鱗刺

0 引言

科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)制造技術(shù)提出了 更高的挑戰(zhàn)，長(zhǎng)期以來(lái)，由于在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的“鉆一擴(kuò)一鉸”工藝方法，生產(chǎn)效率低，不能滿足生產(chǎn)的需要。由于細(xì)長(zhǎng)孔加工的特殊性，決定了它所需要考慮的特殊問(wèn)題，如排屑冷卻與潤(rùn)滑以及鉆頭的導(dǎo)向等。正是這些問(wèn)題的存在，嚴(yán)重影響了加工表面質(zhì)量和加工效率。加工件表面的質(zhì)量也就是所謂的加工精度。

我廠現(xiàn)使用的搖臂式鉆床型號(hào)為Z3080，該鉆床是一種可以加工鉆孔零件的機(jī)床，承擔(dān)著我公司所有金屬結(jié)構(gòu)件中20多項(xiàng)機(jī)加件的鉆孔加工任務(wù)。但由于我廠液壓馬達(dá)配油軸細(xì)長(zhǎng)孔在搖臂式鉆床加工，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及加工方法發(fā)現(xiàn)其加工精度、粗糙度均無(wú)法達(dá)到質(zhì)量要求，效率也跟不上。為了解決此次細(xì)長(zhǎng)孔加工的質(zhì)量和效率問(wèn)題，我廠在原有的搖臂式鉆床基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備改裝，經(jīng)改裝后多次試鉆，并且采用振動(dòng)鉆孔的加工形式，完全可以達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量效果，為我公司節(jié)省了大量的物力和財(cái)力。

1 振動(dòng)鉆削原理及實(shí)驗(yàn)

振動(dòng)鉆孔是一種新的細(xì)長(zhǎng)孔加工方法，效率高，表面質(zhì)量好，可以取代傳統(tǒng)的“鉆一擴(kuò)一鉸”工藝，在國(guó)內(nèi)外受到高度重視，并得到廣泛應(yīng)用。所謂振動(dòng)切削就是在傳統(tǒng)的切削過(guò)程中人為地給刀具或工件以適當(dāng)方向、一定頻率和振幅的可控振動(dòng)，使切削用量按給定的規(guī)律進(jìn)行工作，一邊切削，一邊振動(dòng)，形成一種本質(zhì)上與傳統(tǒng)切削過(guò)程不同的新穎的切削方式，實(shí)際上是一 種脈沖切削。其突出特點(diǎn)是：① 瞬時(shí)切削速度高；②刀具與工件的接觸是間斷的、變化的。

試驗(yàn)在由普通搖臂式車床改裝成的細(xì)長(zhǎng)孔鉆床上進(jìn)行。激振器（vibration exciter）安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，振動(dòng)頻率由直流電動(dòng)機(jī)控制，在0～l00Hz之間可以無(wú)級(jí)調(diào)頻，激振振幅由雙偏心輪機(jī)構(gòu)設(shè)定，在0～0.5rnm 之問(wèn)可以無(wú)級(jí)凋幅，試驗(yàn)用的鉆頭是7.9mm的內(nèi)排屑細(xì)長(zhǎng)孔鉆，刀片材料為YT798，試件為14mm×130mm 的鑄鐵，加工中激振振幅取0.07mm，激振頻率取95Hz，進(jìn)給量為0.008mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為1250r/min，選用5#機(jī)械油進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，油壓4MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

用TR240便攜式粗糙度儀測(cè)量出的振動(dòng)鉆削情況下被加工孔壁的粗糙度。很明顯，振動(dòng)鉆削得到的孔壁粗糙度 （Ra=0. 837μm）要優(yōu)于普通鉆削條件下加工出的孔壁粗糙度（ Ra一般在5μm以上），幾乎達(dá)到了磨削的效果。這種效果的獲得是 因?yàn)檎駝?dòng)鉆削能夠有效地消除或減輕干擾粗糙度的多種因素。根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中振動(dòng)鉆削所具有的良好斷屑和排屑效果、充分的潤(rùn)滑、對(duì)切削顫振的抑制、對(duì)積屑瘤和鱗刺。

3 分析原因

3.1 良好的斷屑和排屑效果

低頻軸向振動(dòng)鉆孔是在鉆頭的軸向加上有規(guī)律的振動(dòng)。鉆孔時(shí)，鉆頭邊進(jìn)給邊做軸向振動(dòng)。振動(dòng)切削時(shí)，根據(jù)刀具的振動(dòng)頻率的關(guān)系，均等地分割出工件上需要切削部位的大小，并且使這一 部分有規(guī)律地變形成為切屑。

（1）切屑厚度的不斷變化有利于斷屑。振動(dòng)切削時(shí)，切屑厚度方向上留下與振動(dòng)頻率相關(guān)的波紋，因而影響切屑厚度變化，切屑厚度的不一，在高壓切削液和容屑空間作用、限制下，很容易從切屑的強(qiáng)度較差部位?？梢?jiàn)，在其它加工條件相同的情況下，振動(dòng)切削可折斷，達(dá)到屑效果。

（2）刀桿的軸向振動(dòng)有利于斷屑。由于鉆頭的進(jìn)給量很小，當(dāng)軸向的振動(dòng)雙振幅大于進(jìn)給量時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了分離切削，切屑也就被強(qiáng)制性的切斷。

因此斷屑后的小顆粒的切屑很快通過(guò)排屑管排出，從而使振動(dòng)鉆削的斷屑和排屑效果均較普通鉆削有很大的提高。因此 ，振動(dòng)鉆削一方面消除了鉆尖對(duì)被加工材料的撕裂作用，另一方面消除了切屑堵塞 ，減輕了切屑對(duì)被加工面的劃傷 ，從而得到較普通鉆削有明顯改善的孔壁粗糙度 。

3.2 充分的潤(rùn)滑

普通鉆削中切削過(guò)程是連續(xù)的，切屑總是壓在刀具前刀面上形成一個(gè)高溫高壓區(qū)，對(duì)冷卻液來(lái)說(shuō)這是個(gè)禁區(qū)，只能依靠冷卻液的毛細(xì)作用滲入進(jìn)去，冷卻效極差。因此 ，要獲得并增強(qiáng)冷卻液的冷卻潤(rùn)滑效果，關(guān)鍵在于使冷卻液能夠及時(shí)大量地到達(dá)切削區(qū)。

振動(dòng)鉆削則可以使冷卻液的功能得到充分發(fā)揮，由于振動(dòng)鉆削是 斷續(xù)發(fā)生的，當(dāng)?shù)毒吲c工件分離時(shí)，在切削區(qū)形成瞬時(shí)真空，從而產(chǎn)生泵吸作用，冷卻液從四面進(jìn)入切削區(qū)，包圍刀刃，進(jìn)行充分的冷卻和潤(rùn)滑冷卻液在壓力差的作用下很快從A方向浸入切削區(qū)，覆蓋住刀屑接觸面之間的新生表面；（1）增加了側(cè)面進(jìn)覆蓋住刀屑接觸面之 間的新生表面；（2）增加了側(cè)面進(jìn)去的能力增強(qiáng)；（3）刀具在與工件分離時(shí)，后刀面與已加工表面間的正壓力將減小，使冷卻液從B方向進(jìn)入切削區(qū)的能力顯著增加。當(dāng)?shù)毒咔腥霑r(shí)，冷卻液又受強(qiáng)力擠壓，形成瞬時(shí)高壓，強(qiáng)迫冷卻液滲入到刀具與切屑的接觸表面，充分發(fā)揮其冷卻和潤(rùn)滑作用。因此振動(dòng)鉆削以其良好的冷卻潤(rùn)滑效果，極大地減少了加工中的摩擦和磨損，避免了對(duì)加工表面的刮傷，有利于改善孔壁粗糙度。

3.3 不產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺

在普通鉆削條件下，積屑瘤和鱗刺的存在是獲得較小表面粗糙度值的兩大障礙。積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與刃前區(qū)的溫度和壓力分布有密切關(guān)系是切削過(guò)程中溫度和壓力較高時(shí)，切屑底層與前刀面發(fā)生冷焊的結(jié)果。鱗刺則是留在已加工表面上的積屑瘤分裂片，并隨著切屑底層金屬停滯現(xiàn)象的激化而加劇。振動(dòng)鉆削時(shí)，由于振動(dòng)能夠減小切屑與前刀面摩擦副間的摩擦系數(shù)，同時(shí)減小切削扭矩，因而減輕了摩擦程度，減小了被加工材料的彈塑性變形。又切削力和切削熱以脈沖形式出現(xiàn)，使切削熱大幅度下降，切屑溫度較低，切屑與刀具前刀面難以實(shí)現(xiàn)冷焊，從而徹底破壞了產(chǎn)生積屑瘤的條件。即使存在某些產(chǎn)生積屑瘤的因素，但前刀面與切屑間斷分離，切屑的底層金屬來(lái)不及附著上去，前刀面就離開(kāi)切屑了。這種摩擦力減小以及前刀面與切屑的間斷分離，使切屑不可能在前刀面上停留以代替刀具擠壓切削層，造成切屑層金屬的積聚和停滯，因而也不可能產(chǎn)生鱗刺。 3.4 鉆頭棱帶和導(dǎo)向條對(duì)已加工孔壁的往復(fù)熨壓拋光作用

振動(dòng)鉆削的特點(diǎn)是刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)不是單方向前進(jìn)的，而是周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，已加工表面在形成以后，又要經(jīng)過(guò)刀具后退、再前進(jìn)的重復(fù)熨壓作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)我廠生產(chǎn)實(shí)（下轉(zhuǎn)第50頁(yè)）（上接第34頁(yè)）際，提出了切實(shí)可行的改造方案，對(duì)細(xì)長(zhǎng)孔加工中難以解決的斷屑、排屑、潤(rùn)滑、屑瘤和鱗刺問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，對(duì)振動(dòng)鉆削對(duì)改善孔壁粗糙度的作用機(jī)理進(jìn)行了深入的剖析。為進(jìn)一步改善振動(dòng)鉆削加工的加工精度提供了理論基礎(chǔ)和方法依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3][日]偎部淳一郎.振動(dòng)切削（基礎(chǔ)與應(yīng)用）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[責(zé)任編輯：劉帥](méi)