摘 要:機(jī)械加工中有三分之一的加工是孔加工,而深孔加工則占孔加工的四成,所以深孔加工是一種重要的加工形式。同時(shí)深孔加工的工藝較為特殊,不能直接觀察成孔的過程和內(nèi)部狀況,所以必須對(duì)其工藝進(jìn)行合理選擇與設(shè)計(jì),文章對(duì)深孔加工技術(shù)進(jìn)行分析,闡述關(guān)鍵工藝對(duì)加工過程的影響。
關(guān)鍵詞:機(jī)械加工;深孔加工;工藝路線;刀具
1 機(jī)械加工中深孔加工的特征分析
機(jī)械加工中的深孔加工是針對(duì)孔深與直徑之比(L/d≥5)較大的孔進(jìn)行鉆孔加工,因?yàn)榭椎纳疃却笾睆叫?,因此工藝特征也較其他普通孔有所差異,特征如下:
1.1 加工難度大:深孔加工的過程多數(shù)都是在半封閉和全封閉的工況,不能直接觀察刀具切削的過程和走刀的情況;深孔加工因?yàn)榘霃胶涂咨畋壤町惔?,因此形成的金屬屑不易排出,容易堵塞而影響加工;鉆頭長度大剛性也就低,容易出現(xiàn)抖動(dòng)和偏孔的情況,且表面精度不易保證;散熱也是影響加工的重要因素,相對(duì)封閉的孔內(nèi)易導(dǎo)致溫度升高而造成鉆頭磨損。
1.2 運(yùn)動(dòng)方式:在加工中工件與刀具的運(yùn)行與進(jìn)給方式有多種選擇,如工件轉(zhuǎn)動(dòng)而刀具進(jìn)給;工件固定而刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給;工件與刀具按照相反的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行進(jìn)給;工件旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給而刀具靜止,此方式很少應(yīng)用。
1.3 深孔加工的排屑:在加工中應(yīng)用的排屑方式有兩種,一種是外排屑,冷卻液進(jìn)入空心鉆桿從切削區(qū)域?qū)⑶行紟С?,從加工零件的孔和鉆桿外壁排除;一種是內(nèi)排屑:冷卻液從零件的孔和鉆桿外壁進(jìn)入,經(jīng)過切削區(qū)域帶出切屑,從空心鉆桿的孔中排除;兩種方式中通常先考慮選擇內(nèi)排屑的方式,此類方式不會(huì)對(duì)孔壁形成二次摩擦,而影響加工表面質(zhì)量,鉆桿的剛性也高。
2 機(jī)械加工中深孔加工技術(shù)的分析
2.1 工藝路線的設(shè)計(jì)與選擇
機(jī)械加工中工藝路線是必要的指導(dǎo)思路,深孔加工也不例外,首先應(yīng)綜合考慮深孔加工方法和刀具的適應(yīng)性,針對(duì)加工零件的特征選擇相關(guān)工藝方法,同時(shí)還應(yīng)考慮零件的材料性質(zhì),針對(duì)其特征再精細(xì)設(shè)計(jì)工藝過程。其次,對(duì)加工過程進(jìn)行段落劃分,通常分為:粗加工、半精加工、精加工、光整加工,進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),選擇合適的技術(shù)措施,并以此提高加工效率和質(zhì)量,如果質(zhì)量要求和薄壁零件、工余量不大的則不需要分段。第三,工藝路線的設(shè)計(jì),深孔加工的工藝路線應(yīng)按照其結(jié)構(gòu)特征和加工方法、設(shè)備因素等來設(shè)置,因?yàn)樯羁椎毒呒夹g(shù)的發(fā)展,深孔加工已經(jīng)進(jìn)入了精密加工時(shí)代,集中安排工序可以優(yōu)化加工的過程,從而避免多次裝夾而出現(xiàn)誤差。最后,合理控制加工余量,深孔零件的加工余量與其他孔不同,余量應(yīng)增加,不同刀具和刀具角度余量也不同,如單刃鉸刀比多刃鉸刀余量大,偏角大的比偏角小的余量大等,所以在加工中必須按照相應(yīng)的工藝和質(zhì)量要求來設(shè)計(jì)余量。
2.2 深孔加工的刀具選擇
按照不同的深孔表面要求,選擇適應(yīng)的刀具也十分重要。在加工中常見的刀具有:扁鉆、麻花鉆、外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆、槍鉆、復(fù)合刀具等。具體應(yīng)用情況如下:
(1)扁鉆:從結(jié)構(gòu)上分為整體扁鉆和裝配扁鉆,整體扁鉆結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,生產(chǎn)與加工容易,對(duì)硬度高的鑄件和鍛件適用。裝配式扁鉆刀桿的剛性大,刀片則是高速鋼或者合金,可實(shí)現(xiàn)快速更換,且可以打磨成各種形狀,切削液容易導(dǎo)入,加工范圍廣,適用于自動(dòng)化加工。
(2)麻花鉆:該刀具應(yīng)用廣泛,通常在粗加工階段應(yīng)用。
(3)外排屑深孔鉆:通常是單雙刃深孔鉆,原理是高壓油進(jìn)入到鉆桿孔,經(jīng)過腰孔進(jìn)入到切削區(qū)域,迫使碎屑隨著切削液從V型的導(dǎo)槽和工件壁之間排出。這種深孔鉆刀面為0°,方便加工。沒有橫刃,鉆尖與軸線形成一個(gè)角度,鉆孔中鉆尖形成小圓錐,可以讓切屑斷裂,容易排出。切削部分形狀對(duì)孔的公差、切屑成型、切削液壓力、刀具壽命、偏離角度等都會(huì)對(duì)其成孔過程產(chǎn)生影響。
(4)內(nèi)排屑鉆頭:鉆頭和鉆桿之間有螺紋連接,工作時(shí)高壓切削液從鉆桿外圓和工件壁之間注入,切削同時(shí)產(chǎn)生的切屑從鉆桿的中心排出。
(5)噴吸鉆:主要是利用切削液產(chǎn)生的噴射效應(yīng)來排出切屑,通常該鉆有內(nèi)外兩根管,其中三分之二的切削液從內(nèi)外管的空隙和鉆頭前部流入到切削區(qū)域,起到導(dǎo)向和冷卻、潤滑的效果,并可以將切屑從孔內(nèi)排出,另外的三分之一,切削液從內(nèi)管后部噴射,產(chǎn)生快速的噴射流,形成一個(gè)低壓區(qū)域由此與前端配合形成壓差,起到一個(gè)噴吸效果,提高了鉆削的效率。
2.3 定位選擇
深孔加工與其他成孔加工一樣都需要保證定位基準(zhǔn),在實(shí)踐中錐面定位是常見的方式,主要應(yīng)用在回轉(zhuǎn)體、中小直徑孔、管坯鏜孔等;也可采用內(nèi)錐面定位,是應(yīng)用在中等直徑的內(nèi)排切削加工方式;而小孔直徑的外排切削加工或槍鉆加工則可以利用外錐面定位。如果采用錐面定位必須注意對(duì)直線度和余量的保證,必須在鉆孔、鏜孔前的端面進(jìn)行內(nèi)外錐面的處理。對(duì)于大直徑深孔則利用外圓進(jìn)行定位。如果采用圓定位,應(yīng)在外圓上加工安裝面、定位面、找正面,并保證三者之間是同心圓,對(duì)于非回轉(zhuǎn)體則應(yīng)利用安裝面作為定位基準(zhǔn)。
2.4 冷卻潤滑的保證
深孔加工中因?yàn)榭變?nèi)在加工中相對(duì)封閉,因此容易造成溫度急劇升高,因此必須進(jìn)行降溫處理,同時(shí)還應(yīng)保證切削過程中潤滑效果。所以必須利用潤滑液來起到冷卻與潤滑作用。冷卻液、潤滑液必須進(jìn)行合理的配合,使得工件在加工中保證質(zhì)量并保證刀具壽命延長。另外,冷卻液和潤滑液在深孔加工中還可以起到?jīng)_刷、減震、消音等作用。鉆削中因?yàn)榭讖叫∏疑疃却螅蜁?huì)在加工中產(chǎn)生較大的抗力和阻力,克服這些阻力而順利完成加工則會(huì)消耗較多的能量,同時(shí)切向和徑向的力同時(shí)作用在導(dǎo)向塊上,此時(shí)孔壁和刀具就會(huì)產(chǎn)生摩擦,摩擦能量就會(huì)產(chǎn)生熱量和溫度升高。這些熱量只能借助于冷卻措施來降低。同時(shí)冷卻液的存在可以讓導(dǎo)向塊和孔壁之間形成一種液壓支撐系統(tǒng),以此有效降低導(dǎo)向塊摩擦,也可降低摩擦力對(duì)功率的消耗,在節(jié)能方面也可以起到一定的作用。再有,潤滑液和冷卻液可以通過壓力和流量來幫助清理切屑。利用冷卻液將工作區(qū)域的切屑沖刷到加工區(qū)以外,實(shí)現(xiàn)清理排屑的效果,保證成孔過程的順利進(jìn)行。因?yàn)樵诠ぷ鲄^(qū)域和鉆桿內(nèi)部、外部充滿了油性的液體,從而減少了切削過程中的摩擦、震動(dòng)等,降低了噪聲。
2.5 排屑處理
深孔加工中因?yàn)槌煽椎目臻g相對(duì)封閉,因此形成的切屑很難排除,沉積切屑會(huì)影響加工的過程和質(zhì)量。尤其是內(nèi)排屑鉆的過程中,排屑受到空間和環(huán)境的影響,只有有限的空間可以利用進(jìn)行排屑,所以排屑工作難度大不易開展。從切削的角度看,深孔成孔排屑的問題集中在切屑的處理上,如分屑、斷屑、排屑三個(gè)連續(xù)過程。針對(duì)不同的材料會(huì)形成不同特征的切屑,形狀、寬窄、彎曲程度、尺寸等都會(huì)影響排屑的效果。所以在深孔加工中排屑問題是重要的工藝指標(biāo)。然而深孔加工中排屑通道過長,工作中屬于半封閉的狀態(tài),切削熱量大散熱難度也大。所以在深孔成孔工藝中必須考慮冷卻與排屑兩個(gè)系統(tǒng),以內(nèi)排屑深孔鉆工藝為例,該工藝具備較為明顯的優(yōu)勢(shì),最主要的是具有外冷內(nèi)排屑和自身導(dǎo)向,能夠加工直徑6-80mm深孔。在成孔過程中,工件首先進(jìn)行旋轉(zhuǎn),鉆頭借助螺紋與鉆桿進(jìn)行連接,封油頭在刀架的帶動(dòng)下開始成孔,使得導(dǎo)向裝置進(jìn)入到工件中。內(nèi)排屑深孔鉆進(jìn)的過程中,切屑在鉆桿內(nèi)實(shí)現(xiàn)排屑,不會(huì)在孔壁和刀具之間發(fā)生摩擦,這樣可以最大限度地保證加工表面的質(zhì)量和精度。該技術(shù)采用的鉆桿外徑要大于外排屑裝置,因此剛性得到了提高,且增加了供給量,成孔的效率也得到了大幅提高。內(nèi)排的原理就是在切削液的壓力作用下,從孔壁和鉆桿外表面尋覓空隙,進(jìn)入到切削區(qū)域的冷卻和潤滑部位,將前端的切屑沖入到鉆桿內(nèi),然后從鉆桿后部排除。此類排除切屑的方式容易實(shí)現(xiàn),且兼具冷卻和潤滑的效果。同時(shí)也可保證鉆桿的穩(wěn)定,但是因?yàn)樾枰?dú)立設(shè)置內(nèi)排屑供液系統(tǒng),加工造價(jià)稍高。
3 深孔加工中應(yīng)用的設(shè)備
深孔加工中往往利用專業(yè)的設(shè)備來完成工件加工,主要按照運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行選擇,通常是工件旋轉(zhuǎn)輔助刀具進(jìn)行軸向進(jìn)給,使得加工工藝可以順利完成。其中最為重要的設(shè)備就是機(jī)床的選擇。機(jī)床是整個(gè)加工工藝的基礎(chǔ),主要由主軸箱、進(jìn)給箱、刀具夾裝設(shè)備、機(jī)床主體、中心架、移動(dòng)輔助裝置共同構(gòu)成。主軸箱是支撐主軸,控制旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)不同級(jí)的轉(zhuǎn)變,卡盤和撥盤等附屬部件通常安裝在主軸的右端,轉(zhuǎn)軸多為空心,內(nèi)部有錐孔,這樣可以為夾裝細(xì)長的刀具提供設(shè)置環(huán)境。進(jìn)給箱是利用絲桿將電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能傳遞到刀具上,推動(dòng)刀具完成直線運(yùn)動(dòng)。夾裝裝置主要夾裝鉆桿,利用螺母相互連接,在絲杠的帶動(dòng)下,鉆桿可以沿著軸向完成加工進(jìn)給。機(jī)床床身是基本結(jié)構(gòu),可以將多個(gè)部件組合起來,除了保證各個(gè)部件都處在正確的位置,還能協(xié)調(diào)各個(gè)部分的工作狀況。床身上設(shè)置刀架和支架導(dǎo)軌等,床身下有支撐支架等,保證其固定在基礎(chǔ)上,穩(wěn)定整個(gè)加工系統(tǒng)。當(dāng)然在深孔加工中,工件的情況不同也就不能一概而論,在設(shè)備選擇上如果不能完全采用深孔加工設(shè)備,則可以采用臥式的車床來取代成孔設(shè)備。如以臥式機(jī)床加工油缸缸套深孔為例,通常采用的是一夾一支的裝夾方式,一端則利用四爪單動(dòng)或者其他類型的卡盤來進(jìn)行夾緊,另一端則利用中心架完成對(duì)軸向的支撐。深孔刀具的夾裝則需要配置專用的刀具架。專用的刀具架安裝在滑板上保證進(jìn)給。車削過程中,車床主軸帶動(dòng)刀具完成旋轉(zhuǎn),滑板則帶動(dòng)刀具完成加工的進(jìn)給。
還有輸油器,該設(shè)備也是深孔加工的重要輔助裝置,主要的功能就是保證切削液進(jìn)入到指定的區(qū)域,使得切屑能夠在液壓的推動(dòng)下完成排屑的過程,主要設(shè)置在工件和鉆頭相互接觸的位置上。同時(shí)內(nèi)排屑的方法中,鉆孔的冷卻液容易出現(xiàn)滲漏的情況,應(yīng)重視這個(gè)問題,這就要求輸油器的密封達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),加工中需要調(diào)整保證其狀態(tài)。輸油器和導(dǎo)向架之間應(yīng)利用密封墊來完成連接,這樣就是要控制漏油的問題。同時(shí)輸油器和鉆桿的接觸面、支承架工件端面之間也應(yīng)利用密封圈進(jìn)行控制,由此提高防漏的效果。
4 結(jié)束語
綜合來看,機(jī)械加工中深度和孔徑之間的比例大于5的時(shí)候,就屬于深孔加工工藝,這一類加工成孔困難且復(fù)雜,孔深大則會(huì)導(dǎo)致加工工藝特征的改變,如刀桿細(xì)長剛性低,鉆削容易抖動(dòng)且容易產(chǎn)生偏移等。因此在加工的過程中需要考慮工藝的特殊性來選擇各種工藝措施,對(duì)于深孔工藝而言,技術(shù)水平和實(shí)施方法必須重視從工藝路線到排屑方式等細(xì)節(jié),這樣才能在加工中獲得較好的工藝效果,保證深孔加工的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]賈玉菊,張真超.機(jī)械加工中深孔加工的方法探討[J].煤礦機(jī)械,2012,(6):139-140.
[2]都啟軍.淺談深孔加工技術(shù)[J].裝備制造技術(shù),2013,(3):72-74.