□ 郭進舉 □ 陸景旭 □ 方紹英 □ 于海勃 □ 趙克勇 □ 齊樹新 □ 劉海川
中國石油集團 濟柴動力總廠 濟南 250306
圖1所示是某發(fā)動機零件上的一種與大偏心孔相貫的深孔。在60°的斜面上加工一個φ20.5 mm的深孔,在深度213 mm處穿過與φ80 mm孔軸線偏心15.5 mm的主油道孔,再貫穿主螺栓孔及齒輪座孔。
此孔原來的加工方法是先用锪刀在斜面加工出φ35 mm的孔,再用φ20.5 mm的麻花鉆鉆至一定深度后,接下來用槍鉆鉆深。在槍鉆鉆出相貫φ80 mm孔接觸到孔的圓弧面時,刀具受抗力偏離正常軌跡開始上偏。偏離幅度大時,會出現(xiàn)刀片崩裂,造成刀具損壞;當偏離幅度小時待加工至終點后,往往會偏離正常軌跡5~10 mm,造成加工后零件供油嚴重不暢。因檢查困難,還會出現(xiàn)與橫油孔不貫通,一旦出現(xiàn)問題不能修補,就會造成零件報廢。
如圖2所示,合金槍鉆接觸到φ80 mm孔相貫孔圓弧面時,刀刃受到一個向前的分力F1和一個向上的分力F2,它們的合力F偏離中心線,合力方向偏上。
刀具的受力情況分析如下。
(1)合金槍鉆刃部成型復雜(見圖3),是個不完整的圓柱,還帶有兩個出水孔,因而壁厚不均,成型后有很大的內應力。雖然槍鉆刃部外緣切削速度最高,但由于槍鉆使用時有潤滑液而減少了磨損,在接近中心處切削線速度趨近于零,切削刃如同楔子一樣在高壓下剪切工件圓弧面,此時刀刃磨損雖小但所受擠壓應力卻很大,刀具受到一個向上的抗力F,造成徑向切削分力不平衡,致使槍鉆偏離中心線。若進給速度修正不及時,易使刀片碎裂,甚至合金刀頭折斷卡死在零件內,如圖4所示。
▲圖1 所加工的深長孔示意圖
▲圖2 槍鉆接觸到相貫孔圓弧面時的受力分析
▲圖3 所用合金槍鉆
▲圖4 斷掉合金刀頭的槍鉆
(2)φ20.5 mm的合金槍鉆工作部分接觸到φ80 mm孔圓弧面時,φ19 mm的刀桿正好在φ20.5mm的孔內,單邊間隙0.75 mm,不能起到支撐作用,這是造成刀具向上偏移、加工孔偏離理論位置的主要原因。
(1)槍鉆接觸到貫穿孔時應是一個平面;(2)槍鉆應保證切削分力近似平衡,能沿著刀尖自身的旋轉軸線前進。
(1)使用平面銑刀加工;(2)須帶有后導向的刀具。
為了解決產品加工質量問題,提高孔加工的合格率,筆者進行了大量的工藝攻關。由于槍鉆這種刀具無法控制準確的運行軌跡,考慮增加刀具后導向,在鉆出φ80 mm孔后,用帶后導向鑲條的平面銑刀加工(見圖5),當?shù)度虚_始接觸到相貫的圓弧面時,剛好兩個后導向鑲條起到支撐導向作用,缺點是振動較大。同時,隨著孔加工深度的增加,退屑越來越困難,嚴重阻礙走刀,如果不及時停止進刀,會出現(xiàn)刀桿折斷的后果。
針對加工中刀桿振動大、退屑困難和刀具折斷的情況,經分析,由于此時孔深已近300 mm,加工后排出的鐵屑一部分沿著橫貫穿孔排出,還有一部分擠入已加工好的φ20.5 mm的深孔內,退不出來,鐵屑與導向嵌條擠壓,造成刀桿振動,嚴重影響走刀的深入。
▲圖5 帶后導向鑲條的刀具
▲圖6 內冷排屑深長孔后導向銑刀
在深孔的槍鉆加工中,排屑非常關鍵,要采用高壓冷卻排屑方式,需根據(jù)刀具直徑、孔的長度及切削液黏度在刀具中心增加內冷孔,出水孔安置在支撐導向處的6個凹槽內,如圖6所示,具體改進方法為:①采取高壓內冷排屑,鐵屑在高壓切削液的沖洗下,會隨著切削液及時排出,不阻礙正常走刀。②出水孔安置在后導向中間處的6個凹槽內,為40 mm長支撐導向處將起到降溫和潤滑作用,走刀平穩(wěn),徑向切削分力近似平衡,刀具沿著刀尖自身的旋轉軸線前進,保持良好的導向,從而延長了刀具的使用壽命。
經試加工,刀具工作情況正常,大大改善了切削狀態(tài),工件加工合格率大幅提高。
在深孔加工中槍鉆遇到偏心貫穿孔時,首先應先用平面銑刀加工,并且刀刃需要保持平衡導向和支撐;再輔與高壓冷卻液合理使用,使刀具壽命和零件加工質量得到較大提高。
[1] 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2005.
[2] 翟瑞波.數(shù)控加工工藝[M].北京:北京理工大學出版社,2010.