一、加工方式的選擇
深孔加工可分為外排屑加工和內(nèi)排屑加工兩大類(lèi)。外排屑槍鉆因受結(jié)構(gòu)限制不能滿足高效、精密加工的要求, 另一方面, 被切下切屑又與加工好的表面直接接觸, 破壞了表面質(zhì)量, 因此, 一般都是采用內(nèi)排屑深孔鉆進(jìn)行加工。內(nèi)排屑深孔鉆又分為B T A 、噴吸鉆、D F 系統(tǒng)深孔鉆三類(lèi)。實(shí)踐證明: 噴吸鉆斷屑要求嚴(yán)格, 尺寸范圍較窄, 常用于中Φ18 Φ~65 m m 孔的加工, 加工過(guò)程中外管無(wú)切削液舉托, 在受進(jìn)給力的作用后鉆桿變形易擦傷已加工好的表面, 破壞了表面質(zhì)量, 也難實(shí)現(xiàn)精密深孔加工的要求。為此、精密深孔加工要靠BT A、D F 系統(tǒng)深孔鉆來(lái)進(jìn)行。
BTA 深孔加工系統(tǒng)國(guó)內(nèi)已有設(shè)備生產(chǎn), 但主軸轉(zhuǎn)速較低, 進(jìn)給量范圍太窄, 在現(xiàn)有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)精密加工是困難的; 這種系統(tǒng)較適宜中等尺寸精密深孔的加工, 如汽輪機(jī)大螺栓和蒸發(fā)器管板等的深孔加工。當(dāng)被加工材料的力學(xué)性能和化學(xué)成份中含有多種元素時(shí), 為避免切削過(guò)程中積屑瘤的產(chǎn)生, 不得不提高切削速度。當(dāng)被加工孔徑尺寸小、要求高轉(zhuǎn)速時(shí), 就需在高轉(zhuǎn)速的臥式攪床、車(chē)床上進(jìn)行改裝, 這時(shí)采用D F系統(tǒng)深孔鉆就能發(fā)揮作用。
二、硬質(zhì)合金刀具材料與被加工材料
深孔鉆的材料幾乎都是硬質(zhì)合金, 而硬質(zhì)合金品種、牌號(hào)較多, 無(wú)適合各種被加工材料用的萬(wàn)能牌號(hào)刀片, 因此必須根據(jù)被加工材料的力學(xué)性能及化學(xué)成份選擇適宜的牌號(hào), 不能全用7 9 8 牌號(hào), 這點(diǎn)對(duì)精密深孔加工尤為重要。內(nèi)排屑深孔鉆的結(jié)構(gòu)已基本定型, 即采用多刃錯(cuò)齒, 并有二個(gè)導(dǎo)向塊的形式。切削刀片要求承受載荷時(shí)不崩裂, 耐磨損, 壽命長(zhǎng), 焊接性能好, 容易刃磨。而外刃的刃帶處與導(dǎo)向塊材料不僅起承受載荷的作用, 還起保證尺寸精度、導(dǎo)向、定位和擠壓表面的作用, 因此, 精密深孔加工刀具材料的選擇, 關(guān)鍵是導(dǎo)向塊和外刃材料的選擇問(wèn)題。
導(dǎo)向塊與外刃材料的選擇不同于一般刀具材料的選擇, 它不僅在承受切削力作用時(shí)不崩裂, 耐磨損, 壽命長(zhǎng), 易焊接, 易刃磨, 而且還要求與被加工材料不親和, 不粘接, 在切削熱作用下不與切削液中某化學(xué)元素起反應(yīng)。
為滿足上述要求, 常用模擬試驗(yàn)方法先確定壽命長(zhǎng)的刀片材料, 再?gòu)倪@些壽命長(zhǎng)的刀片中選取擠壓效果理想的刀片牌號(hào), 擠壓效果主要表現(xiàn)在不與被加工材料粘接、無(wú)麻點(diǎn)和撕裂現(xiàn)象, 可保持導(dǎo)’ 向塊的外表面光滑。常按表l 選取, 同時(shí)還要
進(jìn)行鉆孔試驗(yàn), 確定每種材料的收縮與擴(kuò)張量,這個(gè)值受被加工材料、孔徑大小和切削液成份等的影響。這個(gè)量確定后就可確定鉆頭的外徑制造公差, 以確保在IT7 ~ IT8之內(nèi)。收、擴(kuò)量的數(shù)值見(jiàn)表2 。
三、深孔鉆頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
深孔鉆頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)包括斷屑臺(tái)尺寸、幾何參數(shù)優(yōu)化和導(dǎo)向塊尺寸、分布、刃磨技術(shù)等的改進(jìn)。斷屑是深孔加工很重要的因素, 不斷的切屑難以從鉆桿內(nèi)排出, 這樣就無(wú)法繼續(xù)鉆削。為達(dá)到理想的斷屑效果, 常在鉆頭結(jié)構(gòu)上磨出斷屑臺(tái), 斷屑臺(tái)尺寸取決于被加工材料的力學(xué)性能、化學(xué)成份、切削用量、切削液流量與壓力等的優(yōu)化匹配。對(duì)于難加工材料的斷屑需進(jìn)行模擬試驗(yàn), 采用正交組合試驗(yàn)及極差分析計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 不僅要求能很好斷屑, 還要求能保證刃口的強(qiáng)度, 然后再選出幾組較好的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證, 最終確定最佳斷屑參數(shù)。斷屑參數(shù)包括斷屑臺(tái)深度、寬度、連接圓弧半徑、斷屑臺(tái)與刃口的傾斜角。常按表3 進(jìn)行選取。
為了降低被加工材料表面粗糙度值, 用擠壓變形方法熨平凸凹不平處, 使之呈現(xiàn)均勻的表面, 鉆頭上需相應(yīng)地減小導(dǎo)向塊外圓及外刃刃帶處的表面粗糙度值。擠壓加工時(shí)要求擠壓元件的表面粗糙度值低于被加工表面粗糙度值三個(gè)數(shù)量級(jí)(也就是光潔度高三級(jí)) , 為此, 導(dǎo)向塊表面粗糙度值徹成0. 4 ~ 0. 2μ m 。這要求將外圓的刃磨分為粗磨、精磨和研磨工序。研磨時(shí)應(yīng)注意倒錐量的存在及大小。同時(shí)導(dǎo)向塊在軸向的倒錐量要適當(dāng)減小, 使得點(diǎn)(線)擠壓變成面擠壓, 以提高熨平能力和減小表面粗糙度值, 倒錐量一般為0. 005 ~ 0. 0 1/10m m , 否則擠壓扭矩將增大。為減小扭矩值, 導(dǎo)向塊的分布位置很重要, 一般有二個(gè)導(dǎo)向塊, 其中副導(dǎo)向塊(決定尺寸精度) 在外刃對(duì)稱(chēng)的180 ° 另一側(cè); 主導(dǎo)向塊(承受載荷) 在外刃下方與外刃成270°, 這樣鉆削較穩(wěn)定。當(dāng)設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)生誤差時(shí), 背向力不能平衡, 上述設(shè)計(jì)分布就存在問(wèn)題。為達(dá)到精密深孔加工的目的, 導(dǎo)向塊的分布常取在17 0°士5°和2 8 0° 士5° 范圍內(nèi)更為理想。如制造上有可能, 可使外刃刃帶外徑與導(dǎo)向塊外圓不同心,這個(gè)值取決于被加工材料彈性模量的大小。導(dǎo)向塊應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)型深孔鉆長(zhǎng)5 ~ l 0m m , 以保證切削過(guò)程中導(dǎo)向可靠, 對(duì)提高孔的直線性有利。
切削用量的選擇要求與斷屑臺(tái)尺寸配合,以達(dá)到理想的斷屑目的。切削速度的選擇一定要避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的速度區(qū)域, 才能保證表面質(zhì)量及尺寸精度。這就要求采用高速和小進(jìn)給量加工, 在這徉的條件下斷屑困難.但在切削液高流速?zèng)_擊下達(dá)到了斷屑的要求。這不同于一般車(chē)削的斷屑概念。常見(jiàn)的切削用量見(jiàn)表4 。
四、冷卻系統(tǒng)及切削液深
孔加工條件惡劣, 冷卻潤(rùn)滑問(wèn)題比較特殊。深孔加工時(shí)必須使用切削液, 它除能起冷卻、排屑、潤(rùn)滑和舉托作用外, 對(duì)D F 系統(tǒng)還產(chǎn)生噴吸效應(yīng), 為此需要有冷卻系統(tǒng)。
深孔鉆削過(guò)程中產(chǎn)生大量切削熱, 不及時(shí)將其帶走, 會(huì)產(chǎn)生熱變形, 影響加工精度。
如Φ2 0 m m 內(nèi)排屑深孔鉆每小時(shí)產(chǎn)生4 0 0 0千卡熱量, 再如Φ20 ~ Φ40m m 內(nèi)排屑深孔鉆每小時(shí)產(chǎn)生1 1 0 0 千卡熱量。這個(gè)切削熱的存在易使切削液的溫度升高, 導(dǎo)致切削液產(chǎn)生氣泡, 降低刀具壽命, 破壞了導(dǎo)向塊的外表面與被加工表面間液態(tài)薄膜的形成, 造成干摩擦, 從而增大表面粗糙度值。為此, 降低切削液系統(tǒng)的溫度也是保證精密深孔加工的重要因素。常采取加大冷卻箱容積的辦法使冷卻箱的容量等于或大于油泵每分鐘最大輸出流量的5 ~ 10 倍, 并且控制冷卻箱的溫度不超過(guò)50 ℃ , 常采用溫度繼電器發(fā)出指令, 使冷卻箱外圍循環(huán)水起動(dòng)循環(huán)或進(jìn)行風(fēng)冷。精密深孔加工要求切削液保持清潔, 必須過(guò)濾。切削液臟化不僅破壞孔壁間的液態(tài)薄膜,還能造成油路堵塞, 導(dǎo)致供液不足, 也容易使高壓泵及閥門(mén)、安全裝置過(guò)早磨損。清潔度是保證精密加工及提高刀具壽命很有影響的因素。試驗(yàn)表明: 切削液的過(guò)濾清潔度的顆粒尺寸略等于被加工表面粗糙度值的10 倍。
即要求粗糙度值而3. 2 μm , 過(guò)濾后的切削液清潔度的顆粒不能大于3 2μm , 這個(gè)數(shù)據(jù)直接影響刀具壽命,切削液中的小顆粒實(shí)際上是小的硬質(zhì)點(diǎn), 它會(huì)加快刀具的磨損, 對(duì)刀具壽命影響很大, 常為1: 5 的關(guān)系, 也就是說(shuō), 過(guò)濾清潔度的顆粒尺寸減小1 倍, 刀具壽命可提高5 倍。過(guò)濾分為粗、精二種, 粗過(guò)濾多數(shù)用銅網(wǎng)分離切屑與雜質(zhì), 切削液流入油箱后分格沉淀, 走迷宮路, 延長(zhǎng)在切削液箱內(nèi)的停留時(shí)間, 以達(dá)到微顆粒切屑與雜質(zhì)有更多機(jī)會(huì)沉底。為保證從油泵中抽出的切削液更清潔, 在泵的進(jìn)油口處裝上合適的粉末冶金燒結(jié)過(guò)濾網(wǎng)。為使清除的顆粒更微小, 也可在格網(wǎng)的下方放入厚15 ~ 20 m m 的泡沫塑料,泡沫塑料應(yīng)經(jīng)常更換。精過(guò)濾采用磁性和非磁性?xún)煞N方法進(jìn)行, 磁性方法適宜于帶磁切屑, 用磁性輪、磁性棒、磁過(guò)濾裝置分布在切削液箱的內(nèi)部, 形成封閉式磁場(chǎng), 吸收微顆粒切屑。非磁性精過(guò)濾方法分為布質(zhì)過(guò)濾和紙質(zhì)過(guò)濾兩類(lèi),用這兩種物質(zhì)形成運(yùn)輸帶, 將排出的切削液直接澆注在這個(gè)運(yùn)輸帶上, 過(guò)濾掉切屑與雜質(zhì)。用這種方法過(guò)濾切削液時(shí), 清潔度的高低決定于布、紙的質(zhì)量及致密度。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的德國(guó)K ol b公司生產(chǎn)的N C 深孔鉆床就帶有這種過(guò)濾裝置。
切削液的流量與壓力也很重要, 不同的加工方式所需壓力不同, 但流量決定于切削區(qū)域內(nèi)切削液的流速, 這個(gè)值不小于8 ~ 15 m /s , 由此求得流量。除此而外, 還應(yīng)注意切削液的成份, 對(duì)于精密深孔加工來(lái)說(shuō), 所需切削液以潤(rùn)滑為主, 冷卻性能為輔, 故常用極壓切削油, 這種油中含有S、CI、P 成份, 在高溫作用下形成化合物, 它起著固體潤(rùn)滑膜作用。多用極壓硫化油和上海生產(chǎn)的金環(huán)牌特種切削油及南充煉油廠生產(chǎn)的2 0 號(hào)深孔切削油。自行配制的40 % 極壓硫化油加40 %煤油, 再加20 腸氯化石臘效果也不錯(cuò)。
五、加工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
( 1) 當(dāng)加工孔深與直徑之比大于35 的孔時(shí), 應(yīng)安裝減振器, 即鉆桿支承器, 它可支承鉆桿以防止彎曲。鉆桿在支承器中邊旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)給,多數(shù)場(chǎng)合鉆桿與支承器的內(nèi)孔間隙是可調(diào)的,調(diào)整間隙的方法有液壓法和機(jī)械法兩種, 國(guó)內(nèi)多采用機(jī)械方法。
(2) 工件(即機(jī)床主軸)與進(jìn)油器、聯(lián)接器之間的同軸度應(yīng)小于0. 02m m, 最好聯(lián)接器的軸線略高于機(jī)床主軸中心, 以補(bǔ)償鉆桿自重下落的差值。進(jìn)油器軸心是導(dǎo)向套的軸心, 導(dǎo)向套的軸心在兩個(gè)直母線的方向上應(yīng)找正, 不允許偏斜, 還要與主軸軸線同心, 才可保證直線性。同時(shí)導(dǎo)向套的前端距離工件端部越近越好, 此距離不能大于鉆頭導(dǎo)同塊長(zhǎng)度的l/ 4 , 否則, 切入時(shí)導(dǎo)向作用變差。
(3) 機(jī)床功率要足夠大, 剛性要好, 特別是轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)滿足斷屑匹配的要求, 又不產(chǎn)生積屑瘤。進(jìn)給量應(yīng)是機(jī)械傳動(dòng), 使切削過(guò)程平穩(wěn), 排屑順利。
(4) 鉆頭制造質(zhì)量要好, 外刃最外面的切削尖點(diǎn)的軸向尺寸應(yīng)高于導(dǎo)向塊倒棱后的軸向尺寸, 但這個(gè)值不應(yīng)太大(在0. 5 ~ 0. 8m m 范圍內(nèi)) , 這樣才能保證外刃先切削, 而導(dǎo)向塊不參與切削。制造上要保證背向力平衡, 若平衡困難, 背向力合力一定要壓向主導(dǎo)向塊一方。
(5) 精密深孔加工時(shí)主要矛盾是精度, 而不是刀具壽命, 可以犧牲刀具壽命來(lái)保證精度, 因此, 常用強(qiáng)制換刀方法, 刀具應(yīng)勤刃磨。
(6 )當(dāng)被加工材料中含的N i、Ti、C o 、V、Mo、Mn 比例較高, 硬質(zhì)合金材料不粘接的可能性很小時(shí), 可先粗鉆好孔, 再用拉鉸的方式擴(kuò)孔,以保證尺寸精度與表面粗糙度值。精密深孔加工技術(shù)已在哈爾濱汽輪機(jī)廠、上海鍋爐廠、武漢鋼鐵公司機(jī)械總廠等單位應(yīng)用多年, 效果較好。
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