干切削技術(shù)在深孔加工中的應(yīng)用研究

喬培平

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，陜西 咸陽(yáng) 712000)

干切削技術(shù)在深孔加工中的應(yīng)用研究

喬培平

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，陜西 咸陽(yáng) 712000)

摘要：深孔干鉆削是干加工工藝中最難的工藝，但通過(guò)改進(jìn)深孔鉆頭的幾何形狀和幾何參數(shù)可以解決這一問(wèn)題。簡(jiǎn)述了氣體噴吸鉆的工作原理，介紹了氣體噴吸鉆的組成、材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。為確?？煽颗判肌p少摩擦，對(duì)鉆頭的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。詳細(xì)介紹了幾何參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)遵循的原則及具體數(shù)值，并與傳統(tǒng)的切削液深孔鉆削進(jìn)行了對(duì)比，為生產(chǎn)中深孔干鉆削參數(shù)的優(yōu)化提供了參考。

關(guān)鍵詞：深孔干鉆削；氣體噴吸鉆；幾何參數(shù)；可靠排屑

鉆削加工時(shí)鉆頭處在半封閉的空間中，鉆削產(chǎn)生的熱量也聚集于此，同時(shí)切屑也必須從孔中排出；因此，不使用切削液的干鉆削就顯得更為困難，尤其是深孔干鉆削。深孔加工常用的鉆頭有槍鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等。下述介紹利用普通噴吸鉆的工作原理，以壓縮空氣代替切削液的深孔加工方法，對(duì)鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)的選擇進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，制造工藝較為簡(jiǎn)單。

1氣體噴吸鉆工作原理

氣體噴吸鉆工作原理圖如圖1所示，壓縮空氣由進(jìn)口處進(jìn)入后，2/3的氣體從內(nèi)、外管之間通過(guò)鉆頭上的小孔進(jìn)入切削區(qū)，另外1/3的氣體從內(nèi)管后端的斜孔向后排出，由于斜孔很小，氣體流速很快，從而產(chǎn)生噴射效應(yīng)而形成一個(gè)低壓區(qū)[1]，使管的后端對(duì)切削區(qū)有一定的吸力，將切屑很快向后排出。

圖1　氣體噴吸鉆工作原理圖

2氣體噴吸鉆鉆頭結(jié)構(gòu)

氣體噴吸鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，與普通噴吸鉆刀片的錯(cuò)齒排列方式不同，氣體噴吸鉆鉆頭刀片的切削刃采用在鉆頭中心線上連續(xù)排列的方式。一方面可以有效地減少?gòu)较蚯邢髁Φ牟粚?duì)稱，有利于減少因徑向力而引起的鉆桿偏斜[2]；另一方面有利于制造并增強(qiáng)刀尖的強(qiáng)度，根據(jù)直徑大小和鉆頭各部位的切削條件，可以用一到幾片不同牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀片焊接在刀體上，通常在鉆頭中心應(yīng)選擇韌度較好的刀片，如YT5等，而在鉆頭的外緣則可選擇高溫切削性能較好的刀片，如YT15和YW2等。

圖2　氣體噴吸鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖

3氣體噴吸鉆鉆頭幾何參數(shù)的選擇

用于深孔加工的鉆頭通常應(yīng)考慮排屑問(wèn)題，因此，深孔加工刀具幾何參數(shù)的選擇應(yīng)確保具有特別好的排屑效果。在深孔干鉆削中，刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化非常重要，具體選擇原則如下。

1)鉆尖角。由于刀片布置較對(duì)稱，徑向力較小，因此，取較適中的120°左右的鉆尖角，這樣可以增大刀片外緣的刀尖角，改善散熱條件，提高鉆頭壽命。

2)前角。因?yàn)殂@頭切削刃的各處切削力不同，為保證切削刃的強(qiáng)度和切削效率，靠近鉆頭外緣處可采用8°～15°的前角，而在鉆頭近中心處，為防止崩刃，可采用0°～-5°的前角。為增加切削刃的強(qiáng)度，可用油石在切削刃上修磨出0.05～0.1 mm、0°～-5°的倒棱。

3)后角。為增強(qiáng)鉆頭的強(qiáng)度，后角可適當(dāng)取得小一些，鉆削鋼材時(shí)，后角可取5°～8°。

4)分屑槽。在切削刃上應(yīng)磨出分屑槽，分屑槽的尺寸取槽寬為1～1.5 mm，槽深0.3～0.5 mm為宜。這樣可減少切屑的寬度，使切屑變形減小，有利于排屑的順暢，2條分屑槽之間切削刃的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)鉆頭排屑孔的大小決定，一般可在5～10 mm之間選擇。

5)斷屑槽。切屑的形狀是關(guān)系到深孔加工成敗的關(guān)鍵，切屑的形狀以C形為佳。由于斷屑情況取決于工件材料、切削用量和刀具幾何參數(shù)等因素，所以斷屑槽參數(shù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)才能最后確定，在制造時(shí)，可先在車刀上進(jìn)行試驗(yàn)以獲得更理想的斷屑效果。

此外，氣體噴吸鉆鉆頭刀片的外緣與孔壁接觸處應(yīng)修磨圓滑，這樣刀片外緣可代替導(dǎo)向塊，降低了制作成本。

要使切屑順利地從內(nèi)管排出，內(nèi)管的排氣小孔的加工質(zhì)量十分重要?？椎妮S線與鉆頭的軸線成30°角[3]，角度太大，不利于在管內(nèi)形成低壓空間和產(chǎn)生噴吸效應(yīng)，角度太小則加工比較困難。如果內(nèi)管的管壁較厚，小孔可直接在內(nèi)管壁上加工，如果管壁較簿，可利用內(nèi)、外管末端的密封圓環(huán)配合加工，直接在密封圓環(huán)上加工出斜孔。

當(dāng)鉆頭直徑較小時(shí)，為了盡可能增加內(nèi)管內(nèi)徑，可直接在刀體上銑出直槽來(lái)代替6個(gè)小孔[4]，但此時(shí)刀體末端與外管的配合間隙應(yīng)盡量減小，以減少氣體的泄漏。刀體與外管的聯(lián)接應(yīng)采用多頭方牙螺紋，以便于鉆頭的拆卸。

4結(jié)語(yǔ)

與使用切削液的噴吸鉆相比，氣體噴吸鉆的刀片散熱較為困難，因此溫度較高。為此，可在進(jìn)氣口處增加一個(gè)定量泵，并使切削液霧化后進(jìn)入進(jìn)氣口，這樣可大副度改善刀片刃口的工作狀況，從而提高切削速度。設(shè)計(jì)或選擇合理的氣體噴吸鉆幾何參數(shù)，可改善切屑形成的狀態(tài)，有利于切屑的排出，減少切削熱等。通過(guò)合理地選擇鉆削用量(如鉆削速度和進(jìn)給量)，排屑情況改善可能更方便和更有效，但干鉆削深孔加工出的孔表面質(zhì)量不如濕式鉆削好。

需要指出的是，氣體噴吸鉆的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的選擇與刀具材料、被加工工件材料、鉆削用量、機(jī)床條件及冷卻方式等因素有關(guān)，使用者需經(jīng)過(guò)一定的工藝試驗(yàn)研究后優(yōu)選，才能取得適用于生產(chǎn)實(shí)際的優(yōu)化值。

參考文獻(xiàn)

[1] 任家隆,劉志峰,唐文獻(xiàn).干切削理論與加工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[2] 沈岷山.深孔加工中干式切削方法的應(yīng)用[J].工具技術(shù),2002(3):43-45.

[3] 劉志峰.干切削加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].機(jī)械制造,1997(9):26-28.

[4] 吳希讓.用于干切削的新型刀具[J].工具技術(shù),1999(2):38-39.

責(zé)任編輯鄭練

Application of Dry Cutting Technology in Deep Hole Machinig

QIAO Peiping

(College of Mechanical Engineering, Shaanxi Industrial Vocational and Technical, Xianyang 712000, China)

Abstract:Deep hole drilling process is the most difficult process to dry machining, but through improving the geometry and geometric parameters of deep hole drill, the problem can be solved. The paper described the working principle of the gas jet drill, introduced the composition, material and structure characteristics of the gas jet drill. To ensure reliable chip, reduce friction, structural and geometrical parameters of the drill, geometry parameters were improved properly. Details of the geometric parameters selection should follow the principles and specific values, compared with the traditional cutting fluid in deep holes drilling. It provided reference for the production of deep hole drilling dry cutting parameters optimization.

Key words:deep dry drilling, gas jet drill, geometric parameters, reliable chip

收稿日期：2014-06-04

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)膛嗥?1975-)，男，講師，本科，主要從事設(shè)備控制技術(shù)和金屬切削刀具等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TG 5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A