振動(dòng)鉆削對(duì)改善深孔加工質(zhì)量因素的分析

杜振東

摘 要：深孔加工在金屬的切削之中是一個(gè)非常有難度的問(wèn)題.其切削技術(shù)的精確性一直很難達(dá)到加工標(biāo)準(zhǔn)。因此本文在震動(dòng)鉆削研究的理論根基上，對(duì)震動(dòng)鉆削的流程和鉆削結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析研究，較完整的簡(jiǎn)述了振動(dòng)鉆削提升加工質(zhì)量的因素。如振動(dòng)鉆削提升加工品質(zhì)是由于其擁有下面因素的有利影響：較好的斷屑和排屑的效果，足夠的光滑，對(duì)積屑的清理及對(duì)已經(jīng)完成孔壁的反復(fù)拋光效用等，經(jīng)過(guò)本次切削實(shí)踐，探究了切屑狀態(tài)改變與切削數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，概括出斷屑的最好切削前提。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)鉆削；深孔加工；精確度

1 振動(dòng)鉆削原理及實(shí)驗(yàn)

振動(dòng)切削的原理即是在原來(lái)的加工流程中人為地給設(shè)備及零件以合適的方向、一定震動(dòng)數(shù)及震動(dòng)幅度的能夠控制振動(dòng)，讓切削加工按照一定的固定方式進(jìn)行加工，在切削的同時(shí)不斷的震動(dòng)，構(gòu)成一種實(shí)質(zhì)上與從前切削方式不一樣的創(chuàng)新型的切削方法，實(shí)質(zhì)上屬于脈沖切削。其獨(dú)有的特色是：① 瞬間對(duì)產(chǎn)品切削的速度極快。② 機(jī)床上的刀具與加工件的接觸不是固定不變的，而是根據(jù)要求不斷改變的。

試驗(yàn)是在傳統(tǒng)車(chē)床更改形成的深孔鉆床上研究觀察的。激振器固定在設(shè)備的任務(wù)臺(tái)上，機(jī)床振動(dòng)的頻數(shù)是通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整的，在0～l00Hz的范圍內(nèi)能夠順暢頻數(shù)，激振振幅是通過(guò)雙偏心輪進(jìn)行調(diào)整，在0～0.5rnm 之間能夠不分級(jí)別的調(diào)整幅度，所使用機(jī)床的鉆頭是7.9mm的在鉆內(nèi)內(nèi)排廢屑的深孔型鉆頭，所使用的刀具是YT798，試驗(yàn)品是14mm×130mm 的鐵制品，生產(chǎn)中激振的振動(dòng)幅度為0.07mm，激振的震動(dòng)頻數(shù)為95Hz，出入量為0.008mm/r，主軸的旋轉(zhuǎn)速度為1250r/min，使用5#機(jī)械潤(rùn)滑油油對(duì)其冷處理和潤(rùn)滑，其設(shè)備的油壓為4MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

使用TR240便攜式粗糙程度儀器對(duì)此設(shè)備加工零件的粗糙程度進(jìn)行測(cè)量。顯而易見(jiàn)，振動(dòng)鉆削加工方式加工的零件孔壁粗糙程度 （Ra=0.837μm）要明顯好于傳統(tǒng)鉆削工藝下生產(chǎn)出的孔壁粗糙程度 （ Ra一般在5μm以上），甚至加工出來(lái)的效果可以與磨削相媲美。此種孔壁粗糙度的加工是由于振動(dòng)鉆削工藝可以完美地處理掉或減弱干擾孔壁粗糙程度的各種影響。整個(gè)加工流程中振動(dòng)鉆削工藝擁有的較好的斷屑和排屑作用、充足的潤(rùn)滑作用、對(duì)切削時(shí)所產(chǎn)生震動(dòng)現(xiàn)象的減弱。

3 分析原因

3.1 良好的斷屑和排屑

在低頻軸向情況下鉆孔的時(shí)候，鉆頭一邊鉆入同時(shí)進(jìn)行特定的軸向振動(dòng)。在切削的時(shí)候，是依據(jù)刀具的振動(dòng)狀況的原因，平均地劃分出零件上將要切削部分的程度，而且將此部分有節(jié)奏地改變成切屑。

1） 切屑狀態(tài)的經(jīng)常改變有助于斷屑的形成。在切削的時(shí)候，振動(dòng)切屑狀況上與振動(dòng)有關(guān)的紋路有關(guān)，因此決定切屑程度改變，切屑程度的改變?？梢钥闯?，在其它生產(chǎn)狀況一樣的情況下，振動(dòng)切削可以將其打斷，從而形成斷屑的現(xiàn)象。

2） 刀具順著軸向進(jìn)行一定的振動(dòng)有助于斷屑的產(chǎn)生。因?yàn)殂@頭的出入量特別小，在刀具在軸向上的振動(dòng)幅度多于出入量時(shí)，就出現(xiàn)了分離切削的情況，切屑同時(shí)就自然而然的被切斷。

因而在加工中產(chǎn)生的小碎屑就很容易的快速的清除出去，以此將振動(dòng)鉆削的斷屑和排屑狀況都比傳統(tǒng)鉆削有了較多程度的改善。振動(dòng)鉆削不僅改善了鉆尖對(duì)零件的破壞情況，而且改善了設(shè)備自切屑時(shí)可能出現(xiàn)的堵塞現(xiàn)象，減弱了由于設(shè)備切屑而在零件上產(chǎn)生的劃痕。

3.2 充分潤(rùn)滑

傳統(tǒng)鉆削的加工過(guò)程是接連不斷的，經(jīng)常是在道具面上構(gòu)成一個(gè)高溫高壓狀況的區(qū)域，但對(duì)于降溫這是一個(gè)不容易進(jìn)入的區(qū)域，因而僅能通過(guò)冷卻液的毛細(xì)特性進(jìn)入該區(qū)域，對(duì)設(shè)備上該區(qū)域的降溫效果相當(dāng)不好。因而，若需要改善增加冷卻液的降溫狀況，重點(diǎn)在于讓冷卻液可以快速較多地進(jìn)入到切削區(qū)的區(qū)域。

通常情況下冷卻液到達(dá)切加工區(qū)域的路線有四種。而振動(dòng)鉆削工藝就能夠?qū)⒗鋮s液的功效得進(jìn)行最大程度的彰顯，因?yàn)檎駝?dòng)鉆削工藝不是連續(xù)進(jìn)行的，在刀具與零件分開(kāi)的時(shí)候，此時(shí)加工的部位就產(chǎn)生間斷的真空，同時(shí)真空有泵吸的特點(diǎn)，冷卻液就可以從周?chē)竭_(dá)加工區(qū)，達(dá)到完全的冷卻的作用。潤(rùn)滑冷卻液由于真空特性快速的從A方向的路線到達(dá)加工區(qū)，包裹住新產(chǎn)生的新生面；（1）增強(qiáng)了旁邊進(jìn)入包裹住的新產(chǎn)生的面；（2）提升了側(cè)面進(jìn)入的效果；（3）在刀具在和零件分開(kāi)時(shí)，刀具后面與已經(jīng)生產(chǎn)的零件的面之間的正壓力會(huì)減弱，從而將提升冷卻液以B線路到達(dá)加工區(qū)的效果。在設(shè)備刀頭切進(jìn)時(shí)，冷卻液又受到刀頭的推壓，從而瞬間產(chǎn)生高壓的環(huán)境，使冷卻液達(dá)到設(shè)備與零件加工部位的接觸面，達(dá)到降溫和潤(rùn)滑效果。因而振動(dòng)鉆削工藝極強(qiáng)地改善了生產(chǎn)中的磨損問(wèn)題，排除了對(duì)生產(chǎn)零件面的損傷，有助于提升零件孔壁的光滑度。

3.3 不產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺

傳統(tǒng)的鉆削情況下，積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生是減小零件面粗糙程度的兩種影響因素。積屑瘤的產(chǎn)生是在其聚集高度與刀前面的溫度和壓力存在著緊密聯(lián)系，是加工中由于溫度和壓力的原因，切屑底面與前刀面產(chǎn)生冷焊的原因。鱗刺而是復(fù)在已經(jīng)生產(chǎn)零件面上的積屑瘤碎屑，并且與切屑底面金屬停滯狀況有巨大的關(guān)系。而使用振動(dòng)鉆削工藝時(shí)，因?yàn)檎駝?dòng)可以減弱其摩擦程度，而且減弱加工時(shí)的扭矩，因此減弱了其摩擦問(wèn)題，還減弱了加工零件的彈塑性形態(tài)。切削產(chǎn)生的力和切削產(chǎn)生的熱兩者通過(guò)脈沖的形態(tài)表現(xiàn)出來(lái)，從而將由于切削加工而產(chǎn)生的熱量控制在合理的狀態(tài)。若設(shè)備切屑時(shí)其溫度降低，其加工處就機(jī)會(huì)不可能出現(xiàn)冷焊的現(xiàn)象，因此完全打破了出現(xiàn)積屑瘤的環(huán)境。就算存一些可能出現(xiàn)積屑瘤的機(jī)會(huì)，但是設(shè)備刀具離開(kāi)零件加工處時(shí)，其由于加工產(chǎn)生的碎屑達(dá)不到冷焊的時(shí)間，就已經(jīng)完成了加工。此種摩擦力的減弱和刀具與切屑的不連續(xù)接觸，從而讓切屑不可以在設(shè)備刀面上暫停，形成切屑面金屬碎屑的冷焊，因此更加不會(huì)形成鱗刺。

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