加工深孔用細(xì)長(zhǎng)鉆桿的研究

趙勇，殷浩，胡式保，李粉菊，張敬東

(云南冶金昆明重工有限公司，云南 昆明 650203)

摘要：本文通過(guò)采用接長(zhǎng)鉆頭兩端對(duì)打孔的工藝方法，解決了細(xì)長(zhǎng)深孔加工的難題，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了成功應(yīng)用。文中進(jìn)一步詳細(xì)分析了細(xì)長(zhǎng)接長(zhǎng)鉆頭的加工工藝步驟以及采用該鉆頭加工深孔應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：空心軸；細(xì)長(zhǎng)深孔；接長(zhǎng)鉆頭；跟刀架；切削用量；焊接鉆頭

中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-06-09；修訂日期：2015-07-28

作者簡(jiǎn)介：趙勇(1965-)，男，云南冶金昆明重工有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師。

Research on lengthening rod by machining mini diameter deep hole

ZHAO Yong，YIN Hao，HU Shi-bao， LI Fen-ju，ZHANG Jing-dong

(Yunnan Metallurgical Kunming Heavy Industry Co.， Ltd., Kunming，Yunnan 650203，China)

Abstract：The mini diameter deep hole was machined through using lengthening rod drill by yunnan metallurgical kunming heavy Industry co., ltd. This paper introduced machining technology of the lengthening rod, it is cutting-tempering-rough turning-welding-finishing turning. Tool geometry parameters and cutting parameters of the lengthening rod drill were analyzed, attention notice which lengthening rod drilled mini diameter deep hole were mentioned, and it was solved the problem of machining mini diameter deep hole.

Keywords：mini diameter deep hole； lengthening rod drill； follow rest； cutting parameters； welding drill.

0前言

深孔加工是機(jī)械加工中的一道難題，鉆頭細(xì)長(zhǎng)，剛度差，強(qiáng)度低，抗扭矩能力差，同時(shí)鉆頭螺旋槽比較窄，鐵屑易將螺旋槽堵塞，鉆頭很容易被抱死或折斷；云南冶金昆明重工冶金礦山分公司在加工軋機(jī)液壓鉗口結(jié)構(gòu)的卷取機(jī)時(shí)，需要在卷筒中安裝液壓缸。為了液壓缸能運(yùn)作，必須在與其同步旋轉(zhuǎn)的空心軸上打通油路。該空心軸至少有1 500 mm長(zhǎng)，由于空心軸的結(jié)構(gòu)、壁厚限制，油孔直徑只能在φ12mm左右，鉆削過(guò)程中，由于深孔細(xì)長(zhǎng)，鉆頭易偏斜，且散熱難，從而達(dá)不到加工質(zhì)量的要求，并且鉆頭容易折斷于深孔中，很難取出，造成相當(dāng)大的麻煩。經(jīng)過(guò)多次實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，云南冶金昆明重工冶金礦山分公司提出采用接長(zhǎng)鉆頭在普通T68上兩端對(duì)打空心軸細(xì)長(zhǎng)深孔的加工方法，并能形成批量生產(chǎn)。該深孔加工過(guò)程中最關(guān)鍵的是要制作接長(zhǎng)鉆頭。接長(zhǎng)鉆頭制作的好壞，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。

1接長(zhǎng)鉆頭結(jié)構(gòu)與加工工藝

接長(zhǎng)鉆頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其工藝步驟為接長(zhǎng)桿下料—調(diào)質(zhì)—粗車(chē)—焊接鉆頭—精車(chē)。下料 ：根據(jù)莫氏4#錐度外圓直徑，下45#圓鋼作為接長(zhǎng)桿，規(guī)格：φ35 mm ×750 mm。 調(diào)質(zhì)：HB=280～300，調(diào)質(zhì)后校直。粗車(chē)：接長(zhǎng)桿采用一夾一頂?shù)难b夾方式，如圖2、圖3所示。

1-普通麻花鉆，2-焊點(diǎn)，3-接長(zhǎng)桿 圖1　接長(zhǎng)鉆頭整體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1　The overall structure of lengthening rod drill

圖2　接長(zhǎng)桿裝夾方式 Fig.2　Clamping method of lengthening rod

圖3　帶跟刀架車(chē)削接長(zhǎng)桿 Fig.3　The lengthening rod in turning with follow rest

在使用跟刀架車(chē)削接長(zhǎng)桿時(shí)，工件易產(chǎn)生跳動(dòng)，致使外圓出現(xiàn)“竹節(jié)形”、“螺紋形”、“麻花形”等缺陷，所以在使用跟刀架車(chē)削接長(zhǎng)桿時(shí)需注意：

(1)在卡盤(pán)的卡爪與接長(zhǎng)桿之間墊入φ2～φ4 mm直徑的開(kāi)口鋼絲圈，如圖4、圖5所示，墊入鋼圈后，使接長(zhǎng)桿與卡爪之間成線接觸，二者之間可以有稍許相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免接長(zhǎng)桿被卡爪卡死，起到方向調(diào)節(jié)的作用，減少接長(zhǎng)桿的彎曲變形；用開(kāi)口鋼絲圈輔助裝夾，可以減少工件在加工過(guò)程中受熱產(chǎn)生的伸縮量變形。當(dāng)然，如果在每個(gè)卡爪之間直接墊φ2～φ4 mm直徑的鋼棒，效果也很好。

(2)機(jī)床尾座頂尖采用外旋活動(dòng)頂針，靠手動(dòng)前后調(diào)整頂針的頂緊力，頂緊力量以手能停住頂針為宜。在車(chē)削過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常用手感觸、檢測(cè)頂針的頂緊程度，當(dāng)工件受切削熱產(chǎn)生膨脹而伸長(zhǎng)時(shí)，推動(dòng)頂尖做適當(dāng)軸向后移，避免工件產(chǎn)生彎曲變形，從而保證加工精度。

圖4　卡爪與接長(zhǎng)桿間墊入開(kāi)口鋼圈 Fig.4　Opening steel washer insert between claw and follow rest

圖5　開(kāi)口鋼圈 Fig.5　Claw of follow rest

(3)跟刀架之爪腳與接長(zhǎng)桿的接觸長(zhǎng)度在軸線方向上有30～35 mm，并且爪腳在軸向兩端不能有倒角，以防碎屑從倒角處楔入，影響接長(zhǎng)桿表面光潔度。爪腳一般選用HT20-40鑄鐵，耐磨性強(qiáng)，同時(shí)能保證加工精度，不會(huì)研傷、刮傷工件表面。跟刀架之爪腳在徑向方向有2 mm寬左右，適應(yīng)接長(zhǎng)桿外圓磨削弧度，抵于接長(zhǎng)桿外周上，爪腳和接長(zhǎng)桿線接觸的同時(shí)，呈適當(dāng)?shù)腞包罩，接觸良好，穩(wěn)定，車(chē)削時(shí)抵消車(chē)刀力量，工件不抖、不傾，如圖6所示。

圖6　跟刀架爪角 Fig.6　The influence of main cutting edge angle on cutting force

(4)在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)接長(zhǎng)桿時(shí)，要常檢查跟刀架之爪腳松緊情況，發(fā)現(xiàn)松了要及時(shí)調(diào)整，并做到力度適中，防止力度過(guò)大、過(guò)小，產(chǎn)生“竹節(jié)形”。

車(chē)削接長(zhǎng)桿時(shí)需改用反向走刀，走刀的軸向力使工件受拉應(yīng)力，減少變形。反車(chē)，夾頭正轉(zhuǎn)，車(chē)刀從夾頭向尾座方向車(chē)削。采用75°刀，粗車(chē)接長(zhǎng)桿外圓留3～4 mm余量，尾部鉆攻M5～M8、深15～20 mm螺紋；左端倒3～4 mm×45°的焊接坡口。反向切削能使工件受到拉伸作用，消除振顫，使切削平穩(wěn)，尾座裝可伸縮的活動(dòng)頂針，人工適時(shí)調(diào)節(jié)，避免工件產(chǎn)生彎曲變形。

2刀具幾何參數(shù)的選擇

(1)主偏角。主偏角加大，減少?gòu)较蚯邢髁Γ瑫r(shí)也減少切削過(guò)程中的振動(dòng)，精車(chē)接長(zhǎng)桿時(shí)希望盡量減少?gòu)较蚯邢髁?，一般主偏角Kr=75～90°，粗車(chē)接長(zhǎng)桿時(shí)，又希望保留一定徑向切削力，以使接長(zhǎng)桿壓緊在卡爪上，取主偏角Kr=75～80°(主偏角對(duì)切削力的影響如圖7所示)。

圖7　主偏角對(duì)切削力的影響 Fig.7　Welding of lengthening rod drill

(2)前角。前角加大，減少切屑阻力，使切削省力，切削過(guò)程工件變形小，切削溫度降低，通常取r0=20°～30°，并在刀刃上磨出-5°～0°、0.1～0.2 mm寬的副倒棱，以增加刃口強(qiáng)度。

(3)一般情況下，在采用三個(gè)爪角的中心架輔助裝夾時(shí)，為保證刀刃有足夠的強(qiáng)度，刀具后角a°=3°～5°，副后角相同。安裝接長(zhǎng)桿車(chē)刀時(shí)將刀尖高于工件中心0.3～0.5mm，使刀子后面與工件接觸，增加阻尼，減少工件振動(dòng)。

如圖8為車(chē)削細(xì)長(zhǎng)接長(zhǎng)桿所用刀具。

圖8　車(chē)削細(xì)長(zhǎng)接長(zhǎng)桿所用刀具 Fig.8　Cutting tools for turning long and thin rods

3切削用量的選擇

(1)切削深度。接長(zhǎng)桿的毛坯通常不直，加工余量又不均勻，剛性又差，所以加工過(guò)程中應(yīng)多次走刀，一般粗車(chē)1～2次，半精車(chē)1～2次，精車(chē)2次。加工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)走刀次數(shù)和加工余量多少來(lái)確定切削深度。粗車(chē)時(shí)切削深度一般在2～4 mm；精車(chē)時(shí)一般在0.2～0.3 mm之間。

(2)進(jìn)給量f。 進(jìn)給量主要應(yīng)根據(jù)對(duì)接長(zhǎng)桿表面質(zhì)量的要求而定，粗車(chē)時(shí)可大些， 一般在0.15～0.30 mm/r范圍內(nèi)；精車(chē)時(shí)應(yīng)選小些，一般在0.15～0.25 mm/r范圍內(nèi)。

(3)切削速度Vc。提高切削速度有利于降低切削力，減小切削變形。加工過(guò)程中接長(zhǎng)桿的振動(dòng)隨切削速度的增加而增大，當(dāng)切削速度增加到一定數(shù)值時(shí)，振動(dòng)反而會(huì)變小。經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索，取Vc=10～30 m/min，實(shí)際操作過(guò)程中，根據(jù)接長(zhǎng)桿的長(zhǎng)徑比及材料剛性大小作適當(dāng)選擇。

(4)切削速度Vc和進(jìn)給量f二者要選配得當(dāng)，如進(jìn)給量f大，切削速度Vc就要降低；反之切削速度Vc高，進(jìn)給量f就應(yīng)適當(dāng)減少。

粗車(chē)時(shí)：Vc=πdn/1000=15～30 m/min，f=0.15～0.30 mm/r，Ap=(dw-dm)/2=0.6～0.8 mm。其中，d為工件直徑；n為車(chē)床轉(zhuǎn)速。dw為工件待加工表面直徑，dm為工件已加工表面直徑。

4焊接鉆頭

在鉆頭尾部接加長(zhǎng)鉆桿時(shí)，俗稱(chēng)“膠粘螺絲擰”。傳統(tǒng)多采用如圖9左所示的普通麻花鉆接長(zhǎng)鉆桿的方法，鉆頭較易從焊口處開(kāi)裂而掉在孔中，很難取出。

圖9　接長(zhǎng)鉆頭的焊接 Fig.9　Welding of long drill bit

為解決此問(wèn)題，采用如圖9右所示的鑲裝與鉆孔、攻絲、焊接的方法，增大了焊接面積，使鉆頭能承受較大的扭力，防止鉆頭與鉆桿的開(kāi)裂及脫出。

(1)麻花鉆柄部攻M5～M8，長(zhǎng)15～20 mm螺紋，接長(zhǎng)桿左端尾部鉆攻M5～M8螺孔與麻花鉆螺紋相匹配，接長(zhǎng)桿左端留3～4 mm×45°的焊接坡口。

(2)在接長(zhǎng)桿上旋入麻花鉆，二者螺紋連接緊密后，在麻花鉆和接長(zhǎng)桿的連接部分外周上交錯(cuò)均布設(shè)置3～4個(gè)直徑為φ2～φ3 mm焊點(diǎn)，接通麻花鉆之螺紋。麻花鉆上車(chē)出螺紋，擰入接長(zhǎng)桿后，二者交接處打出焊點(diǎn)，深度剛好到麻花鉆的螺紋處。目的是使接長(zhǎng)鉆頭除對(duì)焊外，再通過(guò)焊點(diǎn)焊好、磨圓，這樣焊的鉆頭結(jié)實(shí)不會(huì)在鉆削過(guò)程中開(kāi)焊。

(3)將麻花鉆和接長(zhǎng)桿置于焊接平臺(tái)上準(zhǔn)備焊接；焊接前，結(jié)合面兩端先燒紅，預(yù)熱溫度為150～250 ℃。焊接時(shí)，將焊劑放入坡口處，在四個(gè)焊點(diǎn)中也放入焊劑，用銅絲進(jìn)行焊接，焊接溫度為720～750 ℃，待焊料完全融化充滿焊接結(jié)合面后，放回石灰內(nèi)保溫兩小時(shí)，然后空冷至室溫。

5精車(chē)

(1)精車(chē)時(shí)，裝夾方式同粗車(chē)，卡盤(pán)的卡爪與鉆頭之間墊入φ2～φ4 mm直徑的開(kāi)口鋼絲圈。車(chē)之前，用百分表校正垂直母線和水平母線，車(chē)時(shí)注意保持同心度。精車(chē)時(shí)，接長(zhǎng)桿光桿外圓直徑比所需鉆頭直徑小0.8～1.2 mm，外表面必須光滑，表面粗糙度至少應(yīng)在3.2以上。

精車(chē)時(shí)：Vc=10～20 m/min，f=0.15～0.25 mm/r，Ap=0.02～0.04 mm.

(2)加工效果 。車(chē)削時(shí)采用“一夾一頂”的裝夾方式， 并在夾頭端墊入開(kāi)口鋼絲圈，避免了工件變形彎曲，提高了加工穩(wěn)定性，接長(zhǎng)桿與卡爪之間成線接觸，加工平穩(wěn)輕快，減少“竹節(jié)形”及“麻花形”出現(xiàn)。采用跟刀架輔助裝夾，保證了接長(zhǎng)鉆頭整體精度、同軸度；接長(zhǎng)桿彎曲度小，表面粗糙度高。

(3)車(chē)錐度。車(chē)錐度時(shí)，采用環(huán)規(guī)檢驗(yàn)錐度，在錐柄上涂上紅丹粉，將莫氏4#的錐套套在錐柄上，旋轉(zhuǎn)一周，接觸面積不低于80%～85%。車(chē)錐度通過(guò)轉(zhuǎn)刀架進(jìn)刀，每次進(jìn)刀量為0.2～0.3 mm。刃圓對(duì)錐柄的跳動(dòng)允差為0.20 mm。

6采用接長(zhǎng)鉆頭鉆細(xì)長(zhǎng)深孔時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

(1) 接長(zhǎng)桿直徑d應(yīng)小于鉆刃直徑φ0.8～φ1.2 mm，外表面必須光滑，鉆頭與鉆桿之間留有一定間隙，防止鐵屑夾渣，鉆頭悶死在孔中或折斷，無(wú)法取出。

(2) 采用接長(zhǎng)鉆桿的鉆頭鉆深孔前，先用中心鉆找正劃線中心，引出10 mm左右深的定位孔至中心鉆護(hù)錐位置深度，再用普通短鉆頭鉆一40～50 mm深的導(dǎo)向孔(盡可能深一點(diǎn))后，才用接長(zhǎng)鉆頭鉆。

(3) 嚴(yán)格控制每次進(jìn)刀位置和鉆削深度。每次進(jìn)刀深度和鉆頭直徑成正比，還要根據(jù)鉆刃長(zhǎng)度及可容屑量決定進(jìn)刀深度，如果鉆刃太短，則適當(dāng)降低每次進(jìn)刀量，當(dāng)鉆頭直徑為φ5～φ30 mm時(shí)，每次進(jìn)刀量一般為5～10 mm，，如果進(jìn)給太多，則容屑太多，鉆頭和孔的摩擦力增大，會(huì)將鉆頭卡死在孔中難以退出。

(4) 在每次退刀后，要將鐵屑排盡，并且要用冷卻液對(duì)鉆頭刀刃進(jìn)行冷卻。

(5) 要根據(jù)不同的零件材料選用不同的切削速度和進(jìn)給量，以保證鉆頭的使用壽命。

(6) 在使用過(guò)程中，要注意觀察鉆刃的切屑能力，注意鉆頭上是否已產(chǎn)生刀瘤，并及時(shí)清理，以防增加鉆頭阻力，抱死于孔中；還要注意鉆頭焊接點(diǎn)是否有脫焊開(kāi)裂等情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)停工并處理。

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