張超龍

0　引言

深孔加工難度高，加工工作量大，是機械加工中的關(guān)鍵性工序，特別是孔徑小于10mm時，加工非常困難。長徑比過大、刀具加工環(huán)境封閉，這些因素都是造成超長深孔加工困難的重要原因。

根據(jù)常德煙草機械有限公司機加車間的工藝能力和Cr12MoV（225-250HB）工藝特點，選擇傳統(tǒng)鉆削加工，重新設(shè)計并定做了兩把整體合金內(nèi)冷深孔鉆，該鉆花帶有雙圓弧韌帶設(shè)計，雙切削刃，副后角切削刃并帶有涂層。希望能夠通過新材料刀具和合理的切削參數(shù)設(shè)定來達到傳統(tǒng)鉆削在超長深孔加工上的突破。

1　煙槍主體超長深孔加工問題

煙槍主體材料為Cr12MoV，在加工兩個長徑比為81的Φ9孔時，常會導(dǎo)致下述問題：①深孔加工具有長徑比大、鉆桿細而長、剛度較低的特點，加工時產(chǎn)生彎曲造成孔的直線度超差，中心對接位置發(fā)生嚴重偏移 （1.5mm～2mm）且與其垂直方向螺紋孔孔壁相交，導(dǎo)致零件報廢；②排屑不流暢，造成刀具與鐵屑滯留，由于鐵屑的擠壓，造成孔內(nèi)壁質(zhì)量、表面粗糙度差、刀具斷裂；③普通鉆頭沒有內(nèi)冷系統(tǒng)，冷卻液不能很好地到達鉆頭刃口處，散熱困難，切削溫度過高，加劇刃口磨損。

2　加工工藝的對比與選擇

煙槍主體預(yù)制件加工從產(chǎn)生以來經(jīng)過了數(shù)代工藝人員的改良，已經(jīng)獲得了長足的進步。但是深孔加工自身固有的加工缺陷卻始終存在。

對比之前的工藝方法，根據(jù)Cr12MoV工件工藝特點，選擇傳統(tǒng)鉆削加工，重新設(shè)計并定做了兩把整體合金內(nèi)冷深孔鉆 （涂層HELLCA+TOP），長度分別為240mm、420mm。并選擇了高精度的臥式加工中心，希望能夠通過使用新設(shè)備、新材料刀具和合理的切削參數(shù)設(shè)定來達到傳統(tǒng)鉆削在超長深孔加工上的突破。

圖1　內(nèi)冷合金鉆花Fig.1 Cold alloy drilling flowers

3　深孔鉆削試驗

3.1　試驗?zāi)康?/h3>

本次試驗就是在特定的條件下通過選用新的刀具以及合理的加工參數(shù)進一步減小這些缺陷對工件加工及加工質(zhì)量的影響，同時提高加工刀具的壽命。

3.2　試驗設(shè)備及試驗材料

試驗設(shè)備：HEC630臥式加工中心，該機床的回轉(zhuǎn)精度為4″，重復(fù)回轉(zhuǎn)精度3″，定位精度0.006mm重復(fù)定位精度0.004mm。

刀具：整體合金內(nèi)冷深孔鉆（雙韌帶，雙切削刃，涂層HELLCA+TOP）

試驗對象：煙槍主體預(yù)制件，物料特性如表1所示。

表1　煙槍主體預(yù)制件物料特性Tab.1 Material characteristics of the cigarette making equipment

3.3　試驗方法

為了分析加工參數(shù)對該零件深孔加工質(zhì)量和刀具壽命的影響，以刀具轉(zhuǎn)速，進給速度，單次進給深度為參數(shù)，以加工孔壁質(zhì)量、加工孔位置偏差、加工件數(shù)為指標，進行多因素正交試驗與分析，確定合理加工參數(shù)范圍以及最優(yōu)加工參數(shù)組。

試驗前現(xiàn)將被加工零件校正，以大面向下定位裝夾，加工方式采用兩端對接加工，加工前用電子側(cè)頭校正兩端面。加工程序采用深孔鉆削循環(huán)程序，兩頭對接加工，在加工完一端時，用螺紋堵頭堵住后才能加工另一面，保證兩端接通時切削液能穩(wěn)定的回流。

加工完成后取下工件，測出孔口粗糙度，孔軸線偏差（孔對接處偏差），并且記錄；同時測量鉆花磨損程度并根據(jù)經(jīng)驗公式計算出加工件數(shù)，然后調(diào)整刀具轉(zhuǎn)速，進給速度，單次進給深度重復(fù)上述試驗。

正交試驗因素水平表如表2，選用標準正交表L9（34）安排試驗，根據(jù)前期試切結(jié)果和刀具推薦參數(shù)，選擇如下參數(shù)值作為試驗參數(shù)范圍：

表2　試驗因素水平表Tab.2 Test factor level

3.4　試驗結(jié)果與分析

對正交試驗結(jié)果進行極差分析，結(jié)果見表4，可以看出，影響孔口粗糙度的主次因素順序是BCA，影響孔軸線偏差的主次因素順序是BAC，影響加工件數(shù)即刀具壽命的主次因素順序是CBA。

對降低孔口粗糙度的這三個因素的較優(yōu)組合是B1C2A2，對降低孔軸線偏差的較優(yōu)組合是B1A1C1。對提高加工件數(shù)即刀具壽命的較優(yōu)組合為C2B2A1。

每個指標所對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)不同，根據(jù)因素的影響的大小，結(jié)合之前的加工經(jīng)驗，以孔軸線偏差不大于1，孔口表面粗糙度不大于1.5，加工件數(shù)最大為最優(yōu)為目標，綜合考慮，最優(yōu)組合是A2B2C2。

表3　正交試驗結(jié)果表Tab.3　Orthogonal test results

表4　正交試驗極差分析表Tab.4 Analysis table of polar difference of orthogonal test

4　結(jié)論

傳統(tǒng)的鉆削加工方式通過改進刀具材料，選擇高精度加工機床，可以有效的解決直徑不大于10的超長深孔加工難題。

工藝試驗的結(jié)果表明，孔口粗糙度的主要影響因素是轉(zhuǎn)速，孔軸線偏差的主要影響因素是轉(zhuǎn)速，加工件數(shù)的主要影響因素是單次鉆削深度，次要影響因素是轉(zhuǎn)速。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)以及分析，三個試驗參數(shù)均對孔口粗糙度、孔軸線偏差，加工件數(shù)有一定影響。根據(jù)實際生產(chǎn)要求，得出來一組最優(yōu)加工參數(shù)組合，為后續(xù)加工提供參考。

參考文獻：

[1]程偉，葉偉昌.切削刀具發(fā)展的新動向[J].新技術(shù)新工藝，2003，1.

[2]施法中，薛源順.機床夾具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]何定健，李建勛，王勇.深孔加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展[J].航空制造技術(shù)， 2008，2.

[4]賀書乾.深孔鏜削加工振動穩(wěn)定性及防振技術(shù)研究[J].中北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2008，4.

[5]四維.刀具的重磨與再涂層[J].工具展望，2005，3.

[6]陳明.高速切削加工研究工作回顧[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2011，1.

[7]岳彩旭，馬晶，劉飛，等.模具鋼Cr12MoV精密硬態(tài)切削過程刀具磨損[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2014，5.