薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究

駱新營 王 威 朱志強 李春雷 艾 敏 李 騰

薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究

駱新營1王 威1朱志強2李春雷1艾 敏1李 騰1

（1. 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，長治 046012；2. 火箭軍駐某軍事代表室，長治 046012）

針對通用加工技術(shù)的不足，通過工藝性分析，采取加工中心定心找正、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔、超聲滾壓光整加工孔壁等工藝技術(shù)，實現(xiàn)了薄壁半盲及全盲小型深孔機械構(gòu)件內(nèi)孔的有效加工，對機械加工領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)元件的小孔徑、大長徑比、薄壁、半盲及全盲內(nèi)孔的無變形、穩(wěn)態(tài)加工起到了指導(dǎo)作用。

薄壁半盲及全盲筒體；小型深孔筒體；內(nèi)壁加工；工藝

1 引言

圖1 典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體1結(jié)構(gòu)

圖2 典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體2結(jié)構(gòu)

典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)（內(nèi)圓外方）見圖1、圖2。

薄壁半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)的通用機械加工技術(shù)工藝路線為“深孔鉆削+鉸削+研磨”。但通用機械加工技術(shù)存在如下不足：

a. 底孔加工精度不夠

深孔鉆削用于加工底孔，其加工的尺寸精度≤0.2mm、孔口易加工大、孔底易加工漂移（漂移量≤3mm），這些因素的綜合導(dǎo)致深孔鉆削精度不足[1]，底孔加工精度不夠，給后續(xù)加工帶來很多困難。

b. 孔壁易劃傷

鉸削用于內(nèi)孔的精加工。由于半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)，使得常規(guī)鉸削排屑不暢，容易導(dǎo)致孔壁被切屑劃傷、擠傷。

c. 研磨加工缺陷很多

研磨加工具有研磨表面會形成硬質(zhì)鑲嵌層，研磨表面一般不能形成磨削網(wǎng)紋，加工一致性差，難以保證半盲及全盲孔底表面粗糙度，研大孔口，不能修正位置公差等缺陷。

d. 薄壁易變形

薄壁半盲小型深孔筒體的壁?。ㄗ畋√巸H1mm），結(jié)構(gòu)的靜剛度不足，在鉆削、鉸削、研磨等機械加工過程中，受切削、擠壓等作用導(dǎo)致孔壁變形[2～5]。薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工成型很困難。

2 技術(shù)分析

典型薄壁筒體結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表1可知，內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，每組加工要素要求均很高，需要精加工。

根據(jù)以上圖表分析，該結(jié)構(gòu)的加工難點主要有2處：

a. 由于內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑尺寸較小，12H9的公差0.043mm、20H9mm的公差0.052mm較小，形狀公差圓柱度0.01mm，孔壁1mm，因而加工很難保證尺寸公差、形狀公差及孔壁變形。

b. 由于內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔粗糙度a0.8μm等級要求高，在半盲小型深孔結(jié)構(gòu)排屑不良的條件下，很難保證表面粗糙度等級。

3 實施方案

針對背景技術(shù)的缺陷，采取加工中心定心找正、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔、超聲滾壓光整加工孔壁的復(fù)合加工措施，實現(xiàn)對薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁有效加工的目的?；谝陨霞夹g(shù)分析及思路，設(shè)計技術(shù)方案的工藝流程見圖3。

圖3 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工流程

3.1 加工中心定心找正

a. 選取加工薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的加工中心，其主軸的徑向和軸向跳動量≤0.01mm；

b. 采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動量≤0.01mm。

3.2 非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔

a. 銑上端面；

b. 采用短底孔鉆，加工深30mm的導(dǎo)向孔，切削速度(50±2)m/min，進給量(200±10)mm/min；

c. 采用非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷加長底孔鉆鉆削加工底孔：反轉(zhuǎn)慢下至深20mm處。加長鉆在導(dǎo)向的情況下慢速進入底孔待加工部位，防止孔口、孔壁微小毛刺對加長鉆產(chǎn)生過大徑向力而使其折斷；開內(nèi)冷卻，加工至距孔底8～10mm處，切削速度(50±2)m/min，進給量(200±10)mm/min；開內(nèi)冷卻，改變切削速度加工至孔底，切削速度(38±2)m/min，進給量120～130mm/min?？椎着判疾粫?，使得切屑擠壓在孔壁、加長鉆之間，使加長鉆折斷。

d. 采用非標(biāo)硬質(zhì)合金加長底孔锪鉆锪削加工底孔：加工至距孔底8～10mm處，切削速度(50±2)m/min，進給量(200±10)mm/min；改變切削速度加工至孔底，切削速度(38±2)m/min，進給量120～130mm/min。原因同上。

3.3 非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔

采用非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀[9]，開內(nèi)冷卻，加工至孔底，切削速度15～20m/min，進給量60～80mm/min。

3.4 下端面加工

a. 將工件松開并翻轉(zhuǎn)，采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動量≤0.01mm；

b. 銑下端面，制成下端內(nèi)孔；

c. 車成倒退槽。

3.5 超聲滾壓光整加工孔壁

a. 在車床上，采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動量≤0.01mm；

b. 采用非標(biāo)超聲滾壓設(shè)備及刀具見圖4、圖5，光整加工成內(nèi)孔。切削速度15～20m/min，進給量24～36mm/min，工作頻率23～25kHz，輸出功率200～300W（一般超聲滾壓使工件徑向尺寸增加量為0.005～0.01mm）。

圖4 超聲滾壓刀具

圖5 超聲滾壓加工

4 實施效果

4.1 加工結(jié)果對比

典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工結(jié)果見表2，筒體1、筒體2加工后情況見圖6。

表2 半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工效果

圖6 超聲滾壓加工后內(nèi)孔

4.2 內(nèi)孔加工形貌

筒體1、筒體2內(nèi)孔采用內(nèi)窺鏡檢測鉸削后孔內(nèi)壁螺旋切痕很明顯，孔底部較粗糙。

筒體1、筒體2內(nèi)孔采用內(nèi)窺鏡檢測超聲滾壓加工，超聲滾壓加工后孔內(nèi)壁很光滑，孔底部也很光滑。

4.3 效果統(tǒng)計

綜上所述，經(jīng)采用薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工方法取得了以下效果：

a. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的定心、高精度加工，有效保證了內(nèi)孔的尺寸公差、形狀公差（圓柱度≤0.01mm）、位置公差；

b. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的無變形穩(wěn)態(tài)加工；

c. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的高表面粗糙度等級（表面粗糙度≤a0.8μm）。

5 結(jié)束語

通過薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究，分析了通用加工技術(shù)的不足，解決了該類結(jié)構(gòu)難以加工問題，并得出以下結(jié)論：

a. 強制定心內(nèi)冷卻全盲小型深孔成形加工工藝，可精確保證薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的尺寸公差、形狀公差、位置公差，解決內(nèi)孔加工中心易漂移及成形精度不足問題；

b. 徑向小載荷薄壁全盲小型深孔光整加工工藝，可實現(xiàn)薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的無變形穩(wěn)態(tài)加工，解決在孔壁靜剛度差的條件下其孔壁表面粗糙度等級難以保證問題。

在以上措施的綜合作用下，實現(xiàn)了薄壁半盲及全盲小型深孔機械構(gòu)件內(nèi)孔的有效加工。本技術(shù)適用于薄壁半盲及全盲小型深孔機械構(gòu)件內(nèi)孔（≤50mm，長度與直徑比/（長徑比）>5，內(nèi)徑與壁厚之比/≥16）的加工。

1 孟曉華，于大國. 深孔加工孔軸線偏斜的分析與研究[J]．機械設(shè)計與制造，2014(1)：140～143

2 郭維斌. 薄壁超長液壓缸筒的加工[J]．制造·材料，2000，38(428)：40～41

3 陳平，鄭貞平. 薄壁缸體零件加工工藝和夾具設(shè)計技術(shù)的研究[J]．無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，7(5)：45～47

4 胡增榮. 淺論薄壁液壓缸筒精加工夾緊變形問題[J]．精密制造與自動化，2010(3)：53～55

5 梁齊，孫麗萍，王友義，等．深孔薄壁筒加工工藝設(shè)計[J]．新技術(shù)新工，2010(1)：19～20

6 成大先. 機械設(shè)計手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

7 徐灝. 機械設(shè)計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991

8 李義軍，馬琳. 金屬材料手冊[M]．北京：中國運載火箭技術(shù)研究院，2000

9 梅沢三造，菅野成行. 硬質(zhì)合金刀具常識及使用方法[M]．王洪波，戎圭明譯．北京：機械工業(yè)出版社，2009

Research on Inner Wall Machining Technology to Thin-wall Tube with Blind and Semi-blind Small Deep Hole

Luo Xinying1Wang Wei1Zhu Zhiqiang2Li Chunlei1Ai Min1Li Teng1

(1. Shanxi Aerospace Qinghua Equipment Co., Ltd., Changzhi 046012；2. Representative Office of Rocket Force, Changzhi 046012)

Aiming at disadvantages of common machining technology and going through process analysis, it can be fulfilled to achieve effective machining for the mechanical part inner hole as thin-wall tube with blind and semi-blind small deep hole by taking ways of MC alignment and centering, bottom hole machining with cold driller inside the nonstandard hard alloy, hole machining with cold reamer inside the nonstandard hard alloy, hole wall smoothly machining with ultrasonic rolling and so on. In the field of mechanical machining, it plays a guiding role to stable machining without deformation for structural components with small diameter, big length-diameter ratio, thin wall, blind and semi-blind inner hole.

thin-wall blind and semi-blind tube；small deep hole tube；inner wall machining；process

駱新營（1979），高級工程師，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)；研究方向：機械制造工藝與設(shè)備。

2020-03-03