深孔的鏜削加工

胡新華

1.加工方案分析

在深孔的鏜削加工中按照進(jìn)給方式的不同分為推鏜法和拉鏜法兩種。

推鏜法按其不同的排屑方式又分外排屑推鏜法和內(nèi)排屑推鏜法。

1.1.1.外排屑推鏜法

外排屑推鏜法的冷卻液由油泵輸入輸油器，通過鏜桿外圓與已加工內(nèi)孔之間的環(huán)形空隙流入切削區(qū)，可以充分起到鏜刀導(dǎo)向塊（條）的強制潤滑冷卻和消振作用，并將切屑通過坯孔沖向鏜床床頭方向進(jìn)入集屑箱。

1.1.2.內(nèi)排屑推鏜法

內(nèi)排屑推鏜法的冷卻液輸入方式和外排屑推鏜法相同，而冷卻液的回流方式則是強制切屑從鏜刀體上的排屑孔通過鏜桿內(nèi)孔向后排到集屑箱。這種排屑方式不僅能起到強制冷卻和消振作用，而且迫使全部切屑從鏜桿內(nèi)孔排出，又稱BTA鏜削法【1】。

推鏜法在鏜削加工過程中，鏜桿始終處于軸向受壓的工作狀態(tài)，易引起鏜桿的彎曲及振動，產(chǎn)生孔加工的直線性誤差。但由于加工較大孔徑時，鏜桿外徑可達(dá)孔徑的80～85%，故鏜桿剛性一般都能滿足要求。此外，推鏜法鏜刀導(dǎo)向套的裝夾也十分方便。

外排屑推鏜法由于排屑空間相對大些，對鏜刀切削時的斷屑要求也較寬，短時間出現(xiàn)一些長切屑不會影響鏜削效果，并可以通過改變工藝參數(shù)達(dá)到斷屑效果；內(nèi)排屑推鏜法由于排屑空間極為有限，要求切屑成“C”字形，一旦出現(xiàn)帶狀長屑將會堵塞排屑孔，損壞鏜刀，劃傷孔壁。從對密封裝置的要求看，外排屑推鏜法對切削液壓力要求較低，通常由內(nèi)孔倒角與金屬環(huán)接觸密封即能達(dá)到要求；內(nèi)排屑推鏜法是一個（機床-工件內(nèi)孔-鏜桿間）封閉切削液通道，切削液壓力高，故工件內(nèi)孔與機床的密封要求較為嚴(yán)格，一般選用工件內(nèi)孔與橡膠密封環(huán)接觸密封。

1.1.3.組合鏜刀推鏜法

組合鏜刀即推鏜、精鏜、浮鏜、滾壓組成一體，一次走刀完成鏜削。這種方法的優(yōu)點是工序集中，輔助工時短，但存在刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，刀具成本高，鏜削時切削余量、切削速度和進(jìn)給量等參數(shù)相互制約的缺陷。同時組合鏜刀切削力比較大，鏜桿剛性差時易振動，這些均直接影響內(nèi)孔的加工質(zhì)量，故國內(nèi)加工深孔時采用此工藝的較少。

1.2.拉鏜法

拉鏜法鏜削的加工過程中，鏜桿始終處于軸向拉伸狀態(tài)下工作，鏜削時冷卻液從鏜桿內(nèi)孔輸入，將切屑從鏜桿外表面和毛坯孔的間隙中排出。這種排屑方式易使鏜桿外表面被切屑劃傷，為擴(kuò)大其排屑空間，拉鏜法鏜桿外徑一般比推鏜法推桿細(xì)。為提高生產(chǎn)效率，減少輔助工時，這種加工方法均采用組合刀具加工，即一次走刀完成鏜削，優(yōu)點是工序集中，輔助工時短，內(nèi)孔加工的直線性好，但同樣也存在刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、刀具成本高，各工藝參數(shù)相互制約的缺陷。另外，拉鏜法還存在刀具裝夾比較麻煩的缺陷。

由上對兩種鏜削加工方法比較所述，深孔加工采用外排屑推鏜法相對有利。它具有排屑空間大，端面密封簡單可靠，缸筒刀具裝夾方便，切削參數(shù)不相互干涉，鏜削后還有浮鏜、滾壓加工，廢品率較低。

2.加工余量的選擇

2.1.毛坯料問題

毛坯料的坯孔不規(guī)則，坯孔軸線方向呈波浪形，徑向呈不規(guī)則多邊形，因此在鏜削時存在如下問題。

2.1.1.切削余量不斷發(fā)生變化，斷屑困難。

2.1.2.毛坯中的氧化皮硬度較高，刀具磨損大。

2.1.3.孔形彎曲多變，迫使刀具向內(nèi)壁薄方向偏移，孔的直線性差。

2.2.加工余量

在選擇毛坯余量及工步間的余量時主要考慮如下問題：

2.2.1.產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計上的重量要求。

2.2.2.孔徑太小。

2.2.3.在保證切除上道工序殘留的缺陷的前提下，盡量減少加工余量。

2.2.4.上道工序加工后各表面相互位置的空間偏差，熱處理所產(chǎn)生的變形和尺寸變化。

2.2.5.上道工序表面粗糙度。

例：在選擇Φ125缸筒毛坯時，根據(jù)以上幾個方面及生產(chǎn)經(jīng)驗，毛坯材料選為Φ148*16熱軋鋼管，各工步間的余量分配見表1。

缸筒類毛坯料彎曲對鏜削效果有較大影響，彎曲度大的材料無法鏜削，需校直缸筒毛坯，對有熱處理要求的缸筒采用兩次校直工藝。熱處理后再校直一次，將缸筒毛坯料的彎曲控制在0.25mm/m范圍內(nèi)時，鏜削效果好。

3.單刃深孔推鏜刀

3.1.刀具材料

深孔鏜削過程中，刀片不僅要承受切削力，而且還要承受沖擊擠壓振動等交變載荷，所以要求刀片材料既要有較高的強度，又要有較好的抗沖擊性能及耐磨性。經(jīng)切削對比試驗，YW2、YW3牌號的硬質(zhì)合金，它們均具有良好的切削性能。

3.2.復(fù)合導(dǎo)向鏜刀

外排屑單刃推鏜刀（圖1），鏜刀體前設(shè)有d圓凸臺，作為對刀和測量導(dǎo)向塊的基準(zhǔn)。為增加刀頭支承面減少彎曲變形，并便于設(shè)計成微調(diào)鏜刀，鏜刀9與內(nèi)孔軸線的垂直線成20°～25°夾角，鏜刀體1上設(shè)有兩個導(dǎo)向塊5，用楔塊4夾緊，其作用是，當(dāng)鏜刀脫離導(dǎo)向套后，鏜刀依靠切削刃刃帶和導(dǎo)向塊支承在孔壁上，以后的鏜削則依靠這種自導(dǎo)向作用進(jìn)行鏜削。在導(dǎo)向塊5后面裝有三條導(dǎo)向條3和6，開始鏜削時他們與輸油器中導(dǎo)向套配合，起導(dǎo)向定心作用。鏜刀9采用焊接機夾結(jié)構(gòu)，具有微調(diào)機構(gòu)，鏜刀頭與鏜桿采用矩形方牙螺紋聯(lián)接。

鏜刀頭上的導(dǎo)向塊（條）結(jié)構(gòu)材料壽命對內(nèi)孔鏜削效果有很大影響，我們根據(jù)鏜刀的受力分析及導(dǎo)向條的磨損規(guī)律設(shè)計了一種復(fù)合導(dǎo)向條鏜刀。圖1中導(dǎo)向條6采用夾布膠木材料，組成復(fù)合導(dǎo)向條結(jié)構(gòu)，經(jīng)生產(chǎn)實踐有以下幾個優(yōu)點：

3.2.1.導(dǎo)向條的耐磨性比全膠木導(dǎo)向條提高十幾倍，同時導(dǎo)向塊的耐磨性也得到提高，改善了鏜刀走偏現(xiàn)象。

3.2.2.由于導(dǎo)向條尺寸保持性好，摩擦阻力小，導(dǎo)向平穩(wěn)，鏜刀始終具有極高的導(dǎo)向精度。

3.2.3.輔助工時短，加工成本低，生產(chǎn)效率高。

3.3.鏜刀的主要幾何參數(shù)

深孔鏜刀的幾何參數(shù)主要是解決可靠斷屑和主偏角的正確選擇。主偏角要考慮能合理控制徑向分力，既要滿足穩(wěn)定導(dǎo)向的要求，又要減輕導(dǎo)向塊的磨損。若切削深度和進(jìn)給量一定，主偏角加大時，切削厚度也增大，對切屑斷屑較為有利。但軸向力也隨之增大，鏜桿彎曲也會加劇。由于傾斜裝刀，故Kn工作=Kn+（20°～25°），故Kn工作= Kn-（20°～25°），見圖2。

前角γ0是鏜刀的重要幾何角度，其大小直接影響切削力及刀具耐用度。此外，前角還要考慮斷屑槽形等因素。

后角α0應(yīng)根據(jù)本工序的加工要求，力求減少摩擦，保證鏜刀強度，減少沖擊。

斷屑槽選用直線圓弧形斷屑槽，斷屑槽與主切削刃成外斜式或平行式。斷屑槽寬度Wα為3.5～4.5mm，槽底圓弧曲率半徑Rα為（0.4～0.7）Wα，槽深為（0.4～0.5）Rα。

4.工藝參數(shù)的選擇

為提高生產(chǎn)效率，多選用切削速度高一些，但要兼顧機床的剛性及鏜刀耐用度，切削速度太高會加劇工件的振動，損壞刀具。

進(jìn)給量的大小直接影響內(nèi)孔的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時還影響斷屑效果?？筛鶕?jù)毛坯孔的切削余量和內(nèi)孔的長徑比選取進(jìn)給量，有時通過改變進(jìn)給量來達(dá)到斷屑效果。進(jìn)給量過小，會降低生產(chǎn)效率，增大刀具磨損。

粗加工的切削深度要根據(jù)孔的加工余量以及機床、夾具、刀具系統(tǒng)的剛性來確定，在留夠半精加工、精加工余量的前提下，應(yīng)盡量將粗加工余量一次切掉。但由于毛坯材料變化大，當(dāng)粗鏜切削余量較小時，內(nèi)孔可能留有沒鏜的凹面，將引起導(dǎo)向塊失去支承面，造成鏜偏和鏜刀崩刃現(xiàn)象。這種情況下，可以直接進(jìn)行半精加工，使鏜刀避開凹面，同時鏜刀尖還可避開硬度較高的氧化皮，提高了刀具耐用度。

表2列出了粗鏜、半精鏜、浮鏜、滾壓工步的切削用量，供參考。

5.鏜刀的使用

5.1.導(dǎo)向塊（條）

導(dǎo)向塊的數(shù)量和位置角的研究，在國內(nèi)外已有較多的文獻(xiàn)報導(dǎo)，我們是選擇兩塊導(dǎo)向塊，其位置角α為80°～85°，α1為180°。導(dǎo)向條選擇三條，其位置角α2為10°，導(dǎo)向條之間夾角為120°（參見圖1）。導(dǎo)向塊前端對切削刃的后移量（L）取3～4mm，以防止導(dǎo)向塊參與切削。導(dǎo)向塊的寬度和長度確定應(yīng)以導(dǎo)向塊與孔壁間能夠形成潤滑油膜為原則，導(dǎo)向塊（條）材料選用YG8。雖然YG8材料對鋼件有親和性，但由于潤滑條件好，材料耐磨性較好，能夠滿足使用要求。導(dǎo)向塊（條）加工時兩側(cè)面應(yīng)修磨成倒角，以利于形成切削油膜。

5.2.導(dǎo)向套

導(dǎo)向套在開始鏜削時與導(dǎo)向條配合起導(dǎo)向定心作用。導(dǎo)向套內(nèi)孔精度取H7，長度取0.8～1D，材料采用合金工具鋼淬火處理。

5.3.定位與連接

鏜刀頭與鏜桿一般由兩個定位圓和一個端面定位，由三頭方牙螺紋聯(lián)接：定位圓精度取H7，定位端面與定位圓保持垂直，兩定位圓同軸度應(yīng)控制在0.015～0.03mm之間。方牙螺紋應(yīng)適當(dāng)車松些，以免螺紋干涉，降低定位精度。

5.4.鏜刀安裝角

鏜刀應(yīng)避免在垂直平面內(nèi)安裝，以免鏜刀及鏜桿的自重引起孔徑誤差及振動。鏜刀安裝角應(yīng)以水平面成40°左右較好，這樣加工時的振動較小。

5.5.注意事項

鏜刀對刀尺寸應(yīng)比較準(zhǔn)確，保證導(dǎo)向塊略低或與刀刃回轉(zhuǎn)軌跡重合。若導(dǎo)向塊高于刀刃，勢必使導(dǎo)向塊參與切削或較強地擠壓，影響加工質(zhì)量，甚至損壞刀片。

鏜削過程中應(yīng)盡量避免在加工過程中停車，特別是半精鏜工序。鏜削中一旦出現(xiàn)異常，如儀表指針劇擺，冒濃煙，劇烈振動等應(yīng)立即先停止進(jìn)給，再停止主軸及油泵。半精鏜工序中停車產(chǎn)生的內(nèi)孔劃溝，浮鏜后有時仍不能完全消除，將造成廢品。

參考文獻(xiàn)：

[1]金屬切削理論與實踐（中冊） 北京出版社 1985