某管型零件深孔加工工藝探索

劉希佳 倪雪婷

1、西安雷通科技有限責(zé)任公司2、西北工業(yè)集團(tuán)有限公司

引言

某管型零件外形為Φ22mm×275mm圓管，其內(nèi)孔直徑為Φ17.9mm±0.05mm、要求加工后內(nèi)壁光潔度1.6，零件材料為紫銅。由于紫銅材料塑性較好、強(qiáng)度較低，加工時(shí)極易變形，且圓孔長(zhǎng)度大，光潔度和尺寸要求較為嚴(yán)格，因此Φ17.9mm圓孔加工為加工流程中最困難的環(huán)節(jié)。

在進(jìn)行加工前，首先對(duì)比各種深孔加工方式。主流的深孔加工方式有拉削、鏜孔、慢走絲等。鏜孔的加工效率較高且成本低，但由于此零件長(zhǎng)徑比較高，鏜刀刀桿在加工時(shí)可能出現(xiàn)彎曲，影響加工精度；慢走絲的精度較高，可滿足加工要求，但成本高且加工效率較低。在對(duì)比各種深孔加工方法的基礎(chǔ)上，考慮到拉削加工方式具有加工精度高、表面光潔度易保證、生產(chǎn)率高、適于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，且圓孔拉刀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)，因此嘗試使用拉削方式加工內(nèi)孔。

1 拉刀的工藝參數(shù)選擇

根據(jù)實(shí)際情況，由于零件內(nèi)孔較小，拉刀直徑受到限制，考慮到如果僅采用一把拉刀進(jìn)行拉削，切削力在拉刀危險(xiǎn)截面形成的應(yīng)力將會(huì)超過(guò)拉刀危險(xiǎn)截面許用應(yīng)力，遂決定采用多把直徑依次增大的圓孔拉刀從小到大依次拉削圓孔至尺寸要求的方案，即先使用線切割粗加工圓孔至Φ17.8mm，再使用多把圓孔拉刀依次拉削圓孔至尺寸Φ17.9mm。

1.1 拉刀材料的選擇

刀具材料主要按被加工材料性質(zhì)以及切削參數(shù)確定，所加工材料為紫銅，屬于很容易切削的材料；拉削的切削速度、切削深度都比較低，故決定選取相對(duì)容易加工的淬火T8工具鋼作為刀具材料。

1.2 拉刀齒升量選擇

齒升量的大小會(huì)影響加工表面質(zhì)量、拉削力、拉刀耐用度、拉削效率。根據(jù)實(shí)際情況，由于被加工內(nèi)孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)、切屑無(wú)法在加工時(shí)排出，且被加工材料剛度較差，不能承受較大的拉削力，故不宜選擇較大的齒升量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，選取單邊齒升量為0.005mm。

1.3 拉刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

已確定切削余量為0.1mm，單邊齒升量0.005mm，故需要至少10個(gè)切削齒才能完成切削?？紤]到拉床為自制拉力機(jī)，功率有限，無(wú)法承受過(guò)多切削齒同時(shí)拉削，故每把拉刀上切削齒數(shù)不能過(guò)多，又由于加工表面的光潔度要求較高，每把拉刀都應(yīng)當(dāng)有修光齒用于校準(zhǔn)和修光。因此，綜合以上各種因素，決定使用4把直徑依次增大的拉刀拉削圓孔，前三把拉刀每把擁有三個(gè)切削刃和一個(gè)修光齒，最后一把拉刀擁有一個(gè)切削齒和三個(gè)修光齒，具體數(shù)據(jù)如下表所示：

1.4 拉刀前導(dǎo)部、后導(dǎo)部的設(shè)計(jì)

拉刀的前導(dǎo)部分主要起導(dǎo)向和定心作用，后導(dǎo)部分主要起保持拉刀最后正確位置的作用，對(duì)尺寸并無(wú)嚴(yán)格要求，為區(qū)分四把拉刀，將第一把拉刀前導(dǎo)部、后導(dǎo)部長(zhǎng)度均設(shè)為30mm；第二把拉刀前導(dǎo)部長(zhǎng)度設(shè)為30mm，后導(dǎo)部長(zhǎng)度設(shè)為25mm；第三把拉刀前導(dǎo)部長(zhǎng)度設(shè)為25mm，后導(dǎo)部長(zhǎng)度設(shè)為30mm；第四把拉刀前導(dǎo)部、后導(dǎo)部長(zhǎng)度均設(shè)為25mm。

1.5 拉刀前角和后角的選取

拉刀前角主要按被加工材料性質(zhì)選取。由于所加工材料硬度很低，拉刀前角應(yīng)選較大前角，本文選擇拉刀的前角γ。=20°。后角的作用主要是減小刀齒后刀面與加工表面摩擦。拉刀后角主要是根據(jù)拉刀類型及工件所需的精度確定，也與被加工材料有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，拉刀的耐用度隨后角的增大而增大，切削余量小時(shí)應(yīng)取較大后角，綜合以上因素，確定拉刀為后角α。=6°。

1.6 拉刀齒距選擇

齒距的選擇取決于切削量、切削長(zhǎng)度、切削力等，精切齒的齒距P按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

式中，L——拉削長(zhǎng)度（mm）；P精——精切齒齒距，根據(jù)計(jì)算值，P精取接近的標(biāo)準(zhǔn)值（mm）；

根據(jù)以上公式，計(jì)算齒距的取值范圍是12.4～19.8mm，故確定齒距為15mm。

1.7 容屑槽尺寸的確定

容屑槽深度h按公式計(jì)算：

式中，K—容屑系數(shù)，l—拉削長(zhǎng)度（mm），a—切削厚度（mm）。

由于紫銅韌性極大，拉削時(shí)變形大，切屑變厚卷屑不易，故K值應(yīng)當(dāng)相對(duì)取大些的數(shù)值，取K=3，得出h應(yīng)當(dāng)大于2.6mm，取h=3mm。

1.8 拉刀分屑槽的設(shè)定

由于紫銅為韌性金屬，為減小切屑寬度、便于切屑容納在容屑槽中，每個(gè)切削刃分別刻有6個(gè)分屑槽，每個(gè)分屑槽之間夾角為60°。

1.9 拉刀強(qiáng)度校核

拉刀最大切削力：

式中，F(xiàn)’Z——拉刀切削刃單位長(zhǎng)度的拉削力，dm——拉削后孔的公稱直徑，Ze——最大同時(shí)工作齒數(shù)。

危險(xiǎn)截面許用應(yīng)力：

經(jīng)計(jì)算拉刀強(qiáng)度符合要求（圖1）。

圖1 拉力刀片

2 工件的壓緊工裝設(shè)計(jì)

在進(jìn)行拉削實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)工件在拉削時(shí)由于拉削力的作用而出現(xiàn)彎曲和徑向膨脹，為防止工件受切削拉力導(dǎo)致變形，需要設(shè)計(jì)工裝壓緊工件以防止工件出現(xiàn)變形。由于工件在加工變形只存在于徑向方向，因此工裝只需約束工件的徑向方向變形即可。為方便工件裝夾，工裝設(shè)計(jì)為兩個(gè)形狀相同的夾套緊扣，兩個(gè)夾套各有一個(gè)直徑與工件外圓相同的半圓形通槽。拉削前需將工件放置于兩夾套之中后，通過(guò)螺釘連接兩夾套壓緊工件，以防止工件受切削力而變形（圖2）。使用工裝后再次進(jìn)行拉削實(shí)驗(yàn)，之前拉削實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的工件彎曲現(xiàn)象和徑向膨脹現(xiàn)象未再出現(xiàn)，工件外形及內(nèi)孔尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 壓緊工裝示意圖及拉刀工作示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

使用結(jié)合工裝拉削圓孔的方法成功解決了深孔零件的內(nèi)孔加工難題（圖3）。這種方法不僅操作簡(jiǎn)單、成品率高，且由于拉刀形狀較為規(guī)則，所選材料T8工具鋼較其他刀具材料更容易加工，其刀具制作成本也較低。由此可見(jiàn)，以這種方法加工長(zhǎng)圓孔是一種高效低耗的加工工藝方案。

圖3 拉削工件現(xiàn)場(chǎng)