深孔加工技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用分析

陜西漢德車橋有限公司（西安 710299）許紅昌

目前，由于機(jī)械行業(yè)的高速發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，帶有小直徑深孔的產(chǎn)品數(shù)量也越來越多。大到鉆井技術(shù)，小到刀具的內(nèi)冷卻孔，無處不存在著深長孔的設(shè)計(jì)。直孔的深長孔加工中，按傳統(tǒng)方法加工，只能采用加長麻花鉆或接長麻花鉆，每加工大約1～2倍直徑的深度必須退刀排屑，不僅出現(xiàn)加工精度低表面粗糙度差，鉆孔跑偏等問題，質(zhì)量難以保證，加工效率低，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且很容易引起堵屑或折斷鉆頭，造成更大的加工困難。因此，大長徑比小深孔加工是困擾很多企業(yè)冷加工系統(tǒng)多年的難題，也是工藝人員和操作者的一塊心病。如何為傳統(tǒng)制造企業(yè)解決好小直徑深孔的加工，已成為迫在眉睫的課題。根據(jù)各種條件的需求，各種深孔加工方法應(yīng)運(yùn)而生。為了能根據(jù)各種生產(chǎn)需求選擇更為經(jīng)濟(jì)合理的加工方法，成為了各生產(chǎn)制造企業(yè)所共同面臨的問題。

以下是針對當(dāng)今常用的各種深孔加工技術(shù)做的簡單闡述及對比分析。

1.傳統(tǒng)的深孔加工方法及其特點(diǎn)

傳統(tǒng)的刀具有麻花鉆、扁鉆、半圓形炮鉆、帶供油孔的麻花鉆（油槽麻花鉆）、內(nèi)圓車刀等。其中麻花鉆在使用過程中有了進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，衍生出了拋物線槽型麻花鉆（包括HD型和XHD型）、蝸桿型麻花鉆等。扁鉆常用在直徑＜1mm的微孔鉆削中，在直徑＜80mm也有應(yīng)用，但是直徑越大其缺點(diǎn)越明顯，比如轉(zhuǎn)矩變大、排屑補(bǔ)償、表面粗糙度變差等。炮鉆的工作部分是半圓形桿，其前面是平面，垂直于鉆頭軸線的切削刃在桿的端部。炮鉆前面的幾何形狀能保證經(jīng)常從孔中退出排屑，但炮鉆不能保證連續(xù)切削，從而浪費(fèi)大量時(shí)間，生產(chǎn)效率很低。帶供油孔的麻花鉆由于制造麻煩，使用較少，主要應(yīng)用于高效的加工難加工材料，最小加工直徑可達(dá)0.8mm。在日常生產(chǎn)中由于投資、成本、可操作性等原因，傳統(tǒng)企業(yè)大多采用普通或加長麻花鉆加工深長孔。內(nèi)孔車刀加工就只是針對較大孔徑的加工使用。

2.現(xiàn)代的深孔加工方法及加工系統(tǒng)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不斷升級及深孔的廣泛應(yīng)用中，傳統(tǒng)深孔加工方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展需求，所以在這種發(fā)展條件的驅(qū)使下，對比傳統(tǒng)的加工方法，根據(jù)深孔加工的特點(diǎn)，相繼研發(fā)出了一系列的深孔加工系統(tǒng)。這些深孔加工系統(tǒng)主要是以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的。目前國內(nèi)、國外常用的深孔加工系統(tǒng)有槍鉆、BTA鉆、雙管噴吸鉆、DF系統(tǒng)、SIED技術(shù)。這些系統(tǒng)除用于與之對應(yīng)的鉆頭進(jìn)行加工外，亦可以用于其他深孔刀具切削加工，如深孔鏜削、鉸削和珩磨等。由于深孔加工方法的逐漸復(fù)雜化，加工中所涉及到的條件比以往的要求較為多元化，所以深孔加工系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)性的問題，不再是傳統(tǒng)的加工方法那樣僅僅把加工工具作為研究對象。對比傳統(tǒng)的加工方法，現(xiàn)代的深孔加工系統(tǒng)更加注重排屑與冷卻的平衡優(yōu)化，通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使這兩種切削條件盡可能同時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)水平。

3.特種加工方法

由于新材料的快速發(fā)展及其應(yīng)用，如硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、金剛石等，由于依靠機(jī)械加工的方法要求刀具比工件硬的對比條件很難達(dá)到要求，僅僅依靠機(jī)械加工的方法已經(jīng)不能完全滿足深孔的加工要求。在自從1943年拉扎林柯開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法后，開創(chuàng)了利用機(jī)械能以外的各種能源加工金屬和非金屬的特種加工技術(shù)領(lǐng)域，剛好彌補(bǔ)了機(jī)械加工的不足。其中不少方法已經(jīng)卓有成效地用于深孔加工。例如激光加工、電解加工、超聲波加工、電火花加工以及復(fù)合加工等。

由于對理想狀態(tài)的追求，越是接近于理想狀態(tài)的深孔加工系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的輔助條件要求越高，復(fù)雜程度越高，加工的成本也隨之會(huì)有所上升。而作為機(jī)械加工企業(yè)，如何在質(zhì)量、成本以及效率之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)（在保證質(zhì)量的前提下成本最低）就成為一個(gè)大家都頭疼的問題。傳統(tǒng)的加工方法雖然在特殊產(chǎn)品中無一席之地，但相對于常規(guī)產(chǎn)品，其也有一定的優(yōu)勢，如加工成本低，效率相對較高。而現(xiàn)代的深孔加工系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的加工方法，加工精度大大提高，但同時(shí)效率也有所下降，成本有所升高。總之，在整個(gè)制造業(yè)中加工方法的選擇需要根據(jù)具體的產(chǎn)品質(zhì)量要求選擇最優(yōu)化的方案。

4.普通麻花鉆鉆深孔

筆者公司的產(chǎn)品加工中也常涉及到小直徑深孔加工，最小直徑可達(dá)6mm，最大長徑比l/D可達(dá)50?？紤]到產(chǎn)品的多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及對生產(chǎn)效率的要求，公司選擇的加工方法是使用傳統(tǒng)的加長麻花鉆加工。在加工深孔中極易鉆頭偏離中心或鉆頭斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。經(jīng)查資料和現(xiàn)場跟蹤分析，總結(jié)了普通麻花鉆鉆深孔存在以下缺點(diǎn)：

（1）主切削刃上各點(diǎn)處的數(shù)值相差懸殊，接近鉆芯已為負(fù)前角，負(fù)前角最大可達(dá)－58°，使切削條件變差。

（2）兩個(gè)主切削刃組成的麻花鉆，兩個(gè)主后面相交形成一個(gè)橫刃，橫刃較長，一般為0.18D（D為鉆頭直徑），這里形成很大的負(fù)前角，切削條件更差，軸向抗力在橫刃處將占全部軸向力的30%～50%，因此用接長麻花鉆加工深孔易彎曲，剛性也差。

（3）主切削刃長，切削寬度大，各點(diǎn)切屑流出的速度相差極大，而且切屑卷曲成寬的螺卷，所占容屑空間大，造成排屑困難，切削液難于流進(jìn)切削區(qū)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的鉆芯厚度有錐度，即鉆尖處鉆芯厚度最小，越向尾部鉆芯厚度增大，通常是每100mm長度鉆芯增量為1.4～2.0mm，這表明容屑空間逐漸減小，對排屑不利。

（5）標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的刃背寬度較大，一般刃溝與刃背所占角度比為1.33左右，使得容屑空間減少，對加工深孔不利。

（6）副后角為零，棱邊孔壁產(chǎn)生摩擦，而此處切削速度較高，產(chǎn)生熱量多，所以磨損快。

（7）橫刃的前、后角與主切削刃后角密切相關(guān)，不能分別加以控制。

認(rèn)識(shí)到了麻花鉆加工深孔時(shí)的特點(diǎn)后，如何在實(shí)際生產(chǎn)中能避免這些特點(diǎn)的影響，就需要解決好三個(gè)問題：①要解決好排屑問題。深孔鉆排屑情況如果不好，就使得切削溫度升高過快，很容易使鉆頭擠塞。②要解決好冷卻、潤滑問題，把切削液、潤滑油引到切削區(qū)，有利于改善排屑及提高刀具壽命。③要解決好鉆頭在工作中有比較精確的導(dǎo)向，在加工深孔中極易使鉆頭偏離中心，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。

針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題通過長期試驗(yàn)跟蹤，故障率明顯減少。通過一系列的對比試驗(yàn)，總結(jié)出了使用普通麻花鉆鉆削深孔的操作要點(diǎn)：①盡可能使用新鉆頭或使用專用設(shè)備刃磨的鉆頭，接長柄的長度能滿足孔深即可，即在滿足加工深度要求的前提下選擇盡可能短的鉆頭，減小鉆孔中心跑偏的問題。②鉆頭的前刀面或后刀面要磨出分屑槽，以利于排屑。在鉆孔中要時(shí)時(shí)注意排屑是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)退刀排屑，停機(jī)檢查原因。③借排屑之際，及時(shí)向孔內(nèi)注入充足的切削液，以減少鉆頭與切屑的粘結(jié)并降低切削溫度。④在鉆削過程中，當(dāng)鉆到一定深度后便及時(shí)提起鉆頭排屑，也就是鉆削過程鉆一鉆、退一退，并且退鉆頭速度要快，這樣有利于排屑。當(dāng)鉆削達(dá)到一定深度時(shí)，排屑次數(shù)應(yīng)增加，而每次進(jìn)給深度要相應(yīng)地減少。⑤在鉆削過程中，盡量避免停機(jī)。如果必須停機(jī)，則應(yīng)先停止進(jìn)給，將刀具退出，再停機(jī)，防止刀具在孔內(nèi)卡死。⑥鉆孔初始1.5至2倍深度可先采用剛度較好并且長度較短的刀具加工出導(dǎo)引孔，或采用增加導(dǎo)向套的方式來減小由于入口打偏造成最終的深孔嚴(yán)重跑偏現(xiàn)象，特別是所加工的深孔端面與孔中心不垂直的工況下，初始孔的導(dǎo)向作用顯得更為重要。