加工工艺:深孔

加工工艺:深孔（共9篇）

加工工艺:深孔 篇1

1 深孔加工现状

深孔加工难度高, 加工工作量大, 是机械加工中的关键性工序, 需要枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。为适应种类愈来愈多, 加工难度愈来愈高的新型工程材料的深孔加工, 深孔加工的方法已由传统的切削加工方法发展到非传统的切削工艺方法, 前者是以机械力学为基础的单刃或多刃刀具的切削方法, 后者是以附加能量 (如热切削、低温切削、磁化切削和振动) 、附加介质切削 (如添加气体切削或涂覆固体润滑剂切削) 、高速切削、电解切削、以及高能束与射流切削技术等[1]。目前应用最广的还是传统的切削加工方法。

2 深孔加工刀具的改进

近年来我们在深孔加工领域结合生产实践不断总结经验, 在C6140机床上加工带有通孔准50~120mm、长度为2~3m的小批量长轴深孔零件, 如果定做专用枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。实在是得不偿失, 生产成本太高。

根据深孔加工技术的特点, 设计了如图1所示的带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具, 解决了深孔加工技术的冷却、润滑、排屑、切屑处理、合理导向等核心问题。由于深孔的孔径比大, 刀杆细而长, 刀具切入时设计有导向装置和辅助支撑, 从而解决了合理导向;安排了输送冷却液的装置, 切削时能够充分得到冷却并形成水流把切屑排除孔外;改进了刀具切削刃的直线型结构, 使排屑、切屑得到很好处理效果。

使用带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具前, 需要在工件中心钻出预孔 (钻加工深孔工艺方法另篇论述) ;在车床上进行深孔加工属于半封闭式切削, 排屑困难, 切削液不易进入切屑区。同时, 切屑产生的热量也不易散发出来。为避免因连续切削造成排屑不畅而将刀具损坏的情况, 因此, 钻削深孔时, 一般当钻削深度达到该钻孔直径的2~3倍时, 就要退出钻头, 以便排屑。

这种加工方式的局限性是:所用刀具一般选用高速钢材料如W6Mo5Cr4V2等[2]。虽然抗弯强度高、冲击韧性大, 但机床主轴转速通常情况下不会超过50r/min, 对于大孔径切削, 机床主轴转速往往达不到以上转速。另外最小进给速度通常比较小, 为0.04~0.15mm/r, 而更大孔的深孔加工要求进给速度还要低。以45钢Φ60mm孔为例, 要求进给速度0.12mm/r, 主轴转速50r/min。我们根据高速钢材料性能选择合适的刀头材料。

1.支撑座2.滚珠3.滚珠帽4, 7.内螺纹5, 6.支撑座螺栓孔8, 15.方形刀槽9.冷却液管槽10.刀杆11.装夹套上的内螺纹12.刀杆装夹套13.刀杆装夹套14.刀头的最前端

3 具体加工工艺方法

3.1 加工过程中应注意的原则

(1) 将工件用机床三爪卡盘或四爪卡盘夹持, 如果工件较长则需中心架支撑。刀具通过固定套固定在四方刀架或者中拖板上, 由机床主轴带动工件作旋转运动, 进给运动由大拖板提供。

(2) 车床上加工深孔时, 深孔加工前须利用机床尾座和专门钻深孔工具加工引导孔[3];使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀加工切削时, 刀具两侧切削刃切削时背吃刀量相等, 切削刃一个朝上, 另一个朝下, 切削力正好抵消, 减小了机床的负载,

(3) 在刀具切削区域的尾部, 设有很大的倒角, 有利于切屑很流畅地排出孔内, 刀杆上设有冷却管, 可形成一定压力的水流把切屑带出孔外, 避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。

(4) 使用支撑螺钉时, 与孔配合的松紧要适当, 太紧容易出现卡死现象, 太松就会振动。使用支撑螺钉加工时, 既起到支撑点作用, 又起到导向作用, 就不会“让刀”而产生锥度, 也不会振动, 从而保证了加工质量。支撑螺栓里面安装了滚珠, 使支撑点的接触面几乎是一个点, 加工出孔的直线度可达到0.1mm, 粗糙度可以达到Ra3.2。

3.2 刀具结构及加工过程

3.2.1 刀具结构及作用

带支撑减振装置的深孔组合镗刀如图1所示, 由刀杆10及切削区域、刀杆装夹套12、支撑座1组成。此刀杆切削区域设置了两个方孔, 相隔25mm左右, 其方孔的轴线互成90°交叉, 方孔内安装高速钢车刀, 尺寸与方孔尺寸相匹配, 最关键在于每把车刀前后处设有安装支撑座的螺纹孔, 这样保证了刀具切削时不会发生振动, 安装支撑座的螺纹孔设计在与刀具轴线垂直的方向上。在加工过程中即使刀具切削时被吃刀量不完全相等, 也会被支撑座撑住, 故此刀杆再长也不会发生振动。

(1) 两刀互成90°的最大好处在于排屑顺畅, 后一把刀不会挡住切屑的排出。

互成角度太小或者刀具安排太多太密不利于排屑, 从而出现“卡死”现象, 刀具损坏, 不能顺利加工。

(2) 刀杆切削区域直径应大于后面刀杆直径10mm以上, 形成容屑空间, 切削时顺利排除切屑。

(3) 安装在刀具孔中的刀具长度L应为:

L= (所需加工的孔径-预孔的直径) /2+预孔的直径

3.2.2 具体使用加工过程

(1) 加工使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀之前, 利用深孔钻孔工具和机床尾座在工件上加工出预孔 (钻加工深孔工艺方法另篇论述) , 预孔大小尽量与刀杆切削区域的最前端直径14相当, 使刀头的最前端14直径与预孔相抵,

(2) 使用时, 刀杆10套在刀杆装夹套13内, M10螺栓通过装夹套上的内螺纹11压紧刀杆, 刀杆装夹套12部分安装在刀架上, 刀杆在刀杆装夹套13内可以调整适当的长度, 高速钢刀具装在方形刀槽15、8内, 利用4、7的内螺纹安装M10的螺栓紧固刀具, 4处只有一个螺纹孔紧固刀具, 因此螺栓比7处螺栓直径要大, 刀具安装时一端刀刃长度要是另一端的2倍, 加工过程中短刀刃、长刀刃最好是同时切削, 实际操作过程中可能很难做到, 那么我们在刀具调试时短刀刃先与长刀刃切削, 短刀刃、长刀刃两刀之间距离相差越短越好。此时刀具两侧刀刃同时切削, 并且背吃刀量尽可能相等, 使机床负载减到最低。

(3) 如果预孔大于刀头部分的最大直径时, 我们就在第一个支撑座螺纹孔5处安装上支撑座, 调整上、下两侧支撑座螺栓的长度使其与预孔的直径相当, 使其得到支撑作用, 保证了加工时的工艺刚性。

第一把刀加工出的孔径, 正好作为第二把刀切削时的预孔, 刀具的长度按照以上公式计算, 才能使刀具两侧切削刃的切削余量尽量相等, 即使相差一点, 支撑螺栓就会抵消不平衡的扭力, 从而使刀具不会产生震动, 可以一次加工出很大直径的深孔, 在加长C6140机床上可加工准50~120mm直径的深孔。

(4) 切削区域由方形刀槽切削部分15、8、安装支撑座螺栓孔5、6及紧固方形高速钢刀具的螺栓孔4、7, 两把方形高速钢刀体安装15、8方孔内, 两把刀具轴线交叉成90°组成切削部分, 在刀具的径向两侧成90°垂直处各有一个支撑座, 保证了刀具切削时不会发生振动或抖动, 切削中主轴转速n、走刀量f不能大。第一把刀切削结束后, 第二把成90°摆布的车刀用同样的方法继续把孔加工到更大的尺寸, 两把刀具长度差值是后一把高速钢刀具加工的余量, 使刀具的效率成倍地提高。

(5) 在安装支撑座螺栓孔5、6处安装支撑座形成支撑点, 支撑点置于刀刃前, 根据内孔径向尺寸调整螺纹确定两个导向支撑座最大点径向尺寸, 解决了因刀杆刚性不足、导向不好使刀杆走偏, 引导刀具切削时不会产生偏斜, 加工时也不会“让刀”。增加刀杆强度, 保证直线度达到图纸要求。支撑座里面安装了滚珠2, 在滚珠下安装有硬性弹簧, 滚珠2使支撑点的接触面几乎是一个点, 不但加工出孔的直线度得到保障, 而且减小摩擦阻力;硬性弹簧使支撑座具有柔性, 当加工的内孔有锥度时, 硬性弹簧就会被压缩, 使支撑座最大点径向尺寸变小, 切削刀具不会“卡死”, 保护了机床和刀杆。加工出孔的直线度可达到0.1mm, 粗糙度可以达到Ra3.2。

(6) 刀杆内设有冷却液管槽9, 形成一定压力的水流把切屑带出孔外, 避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。刀杆切削区域直径大于后面刀杆直径10mm以上, 形成容屑空间。在刀具切削区域的尾部, 设有很大的倒角, 有利于切屑很流畅地排出孔内, 刀杆上面设有安放冷却管的圆弧槽, 使高压水冲涮切削区域, 起到冷却刀具作用并且形成不断排屑的水流, 切削时为了形成断屑刃倾角为2°~3°, 刀刃上磨出断屑台阶有利于断屑[4]。

4 结语

此种经济型带支撑减振装置的深孔组合镗刀极大地降低了成本, 降低了加工难度, 为单件或小批量深孔零件提供一种结构合理、造价低廉、刀杆长度调节方便自如的可调式内孔车刀, 减振效果好, 加工工艺刚性好, 此组合刀具经济实惠, 制造简便, 成本低, 见效快, 使深孔加工随时可在普通机床机床上进行, 而不需要枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。

摘要：对于单件或小批量生产加工深孔, 如果定做专用枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具, 生产成本太高。文中采用带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具加工带有通孔准50120mm、长度为23m的小批量长轴深孔零件, 取得很好的效果。

关键词：深孔加工,经济型工艺,深孔组合镗刀

参考文献

[1]王世清.深孔加工技术[M].西安:西北工业大学出版社, 2003.

[2]静恩鹤.车削刀具技术及应用实例[M].北京:化学工业大学出版社, 2006.

[3]Zhu Lin.Research on the Deep-hole Drill Technology of Super slender Titanium Alloy[M].北京:航天工业出版社, 2002.

[4]黄鹤汀.机械制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

加工工艺:深孔 篇2

深孔加工关键技术及发展

深孔加工技术是一项仍在发展的综合技术.综述了深孔加工的难点及发展概况,分析了其关键技术.着重分析热量散放、排屑处理、工具导向、加工系统与加工工艺.探讨了该领域的研究动态.

作 者：何定健 李建勋 王勇 He Dingjian Li Jianxun Wang Yong 作者单位：四川大学制造科学与工程学院刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(21)分类号：V2关键词：深孔加工 加工系统 加工工艺 传统加工

加工工艺:深孔 篇3

关键词：数控加工中心；深孔加工；枪钻；排屑

引言

深度与直径的比值超过10，即属于深孔加工范围。在制造行业或生产中，常会遇到细长孔的加工，如结晶器铜板加工中，孔深约1100mm，而直径为10mm—11mm。若采用传统接长麻花钻的加工方法，在钻进一定深度后就需要排屑，易影响效率和精度，且可能出现钻头折断的现象。深孔加工技术在航天、核能等诸多领域都有应用，但对形位公差等要求较为严格，操作难度也大。为提高深孔加工水平，首先应选择合适的钻孔设备。

1.枪钻及其工作原理

1.1 介绍

枪钻早期用于枪管加工，并因此而得名，在小径深孔加工中十分适用。随着深孔加工研究力度的加大，枪钻的作用也更为突显。其一次钻削成功率较高，且质量和精度均有所保障，钻孔的深径比可达100—250，在当前深孔加工中倍受青睐。

枪钻的组成部分如下：

①钻尖

与钻杆部分焊接在一起，特殊情况下也采用其他连接方式。主要负责钻削工作，是枪钻的核心部件，所以对其强度、耐磨性等要求很高。硬质合金和高速钢是较为常用的两种钻尖材料，但前者的综合性能较好，使用也最广泛。深孔加工需保持孔的高精确度，为此常在其周围设置导向块。影响钻削水平的因素有很多，如内外刃角、倒锥度、钻尖偏心距等，在实际应用中应根据具体状况进行合理设置。

②钻杆

多采用“V”型结构，角度通常设计为120°，高者可达160°。为提供足够的扭矩，对其强度和刚度有严格限制，所以钻杆经常使用合金钢管材质。在旋转钻进时，会产生较大的震动，这就要求钻杆还需有足够的韧性。钻尖部分的排屑和润滑极为重要，因此，尽量保持钻杆中空，并将排屑空间及冷却液孔按最大值设计。

③钻柄

即钻杆尾端的部分，钻孔时的传递力较大，钻柄必须有足够的承载力，其稳定性尤为重要，需确保其安装的牢固性。钻柄是连接钻杆和机床的中间物，其直径设计时应尽量大于钻杆的直径，以便钻杆能够顺利镶嵌其中。

1.2 工作原理

枪钻采用的是内切削外排屑的结构，钻尖负责钻削，对准加工对象后，内刃、外刃同时旋转钻进，尽量带有枪钻导套，与钻尖保持约0.01mm的距离。因安装有导向块，可保持其钻削时的精准度。钻柄部分则应与机床主轴紧紧相连。冷却液流经钻头中间的通道到达切削部位，起到冷却、润滑钻刃的作用，同时将切屑带出，完成高质量的切削加工。

2.枪钻在深孔加工中的实际应用

2.1 应用条件

枪钻的使用有一定的条件限制，影响最大的两个因素便是机床和切削液。在机床方面有苛刻的要求，考虑到钻进时的排屑、冷却等工作，机床必须配置有高压冷却系统。这样才能吸收因高速钻进产生的热量，以保证切屑能够顺利排出。在购置时，若发现数控机床配置的是低压冷却系统，则不宜使用枪钻。另外，机床行程也极为关键，行程必须足够大，才能满足钻削时的需要。

除了机床，在切削液方面也有着严格要求。钻孔的精确度与切削液质量密切相关，为实现高精度钻孔，尽量选择掺入了极压添加剂的优质切削液。如此可在操作中生成一层油膜，否则钻进时极易出现干磨现象，影响到钻削效果。小孔径的粘度较低，对其粘度也应加强重视。另外，枪钻加工过程中产生的压力较大，流量也大，而且过滤精确度较高。为顺利将切屑排出，随着钻进深度的加大，切削液的流量也应随之增大。最后，为防止出现切屑堆积、枪钻折断等情况，必须保证冷却液的充足。

2.2 实际应用

某汽车零件制造加工公司在制造一款新车的部件，该零件选用440C材料，孔径为Φ7.2 ，孔深85，内控对外圆的同轴度要求为Φ0.02

若按照以往的钻镗加工方法，为保证整个过程的质量，应先进行钻孔，在安排研磨工序补充加工内孔，然后以内孔定位磨削加工外圆。在钻孔过程中，需要多次将钻刀退出，才能排出切屑，且孔质难以保证；若钻头折断，很难取出。最终加工的表面粗糙度为Ra1.4，直线度为0.08% ，且加工效率较低。

若采用枪钻钻孔，施工程序较为简便，可一次完成所有工作。钻削过程中，切屑便可将切屑排出，孔径尺寸、形式都比较稳定；当钻头折断时，也极易取出。最终加工的零件精度高，表面粗糙度仅为o.3 ，直线度为0.039%，加工效率也大幅提升。

3.钻削中的排屑

钻削时必然会产生大量排屑，若不及时处理，会阻碍钻削工作的进行。一般出现排屑故障，会有以下几种原因：

①切屑呈螺旋状，且难以断裂，或多股切屑宽窄不同互相夹杂，形成缠绕性切屑。另外。棒形切屑、刚性螺卷切屑等都不易排出。这些故障多与钻头参数、进给量、刀具材质等因素有关，所以要做出相应的调整。

②钻头、钻杆震动时，切屑形态会变得不正常，应检查钻头是否受力损伤，或调整切削用量，针对性地加以排除。

4.结束语

深孔加工在当前很多领域都有应用，但对其各方面的要求也很高，普通钻削技术不但效率低、精确度差，而且极易出现设备损坏的情况。为此，介绍了一种新技术，即枪钻。枪钻在提高精确度和效率方面有着很大优势，值得推广应用。在实际操作中，务必要合理应用，按照规定要求进行，否则会影响到钻孔效果。而且，在今后应用中，还应对该技术不断加以完善。

5.参考文献：

[1] 姚东成.枪钻在数控加工中心深孔加工中的应用技术分析[J].中国科技投资，2013，20（3）：140-141

[2] 何铮，胡凤兰.枪钻加工的排屑故障及处理对策[J].湖南工程学院学报，2012，24（2）：183-184

[3] 梁瑞敏，叶文华.枪钻在数控车床上的深孔加工应用[J].机械与电子，2009，21（4）：144-145

6.作者简介：

周琪（1985-），女，湖南人，研究方向为机械制造与自动化、数控技术。

高精度大直径深孔螺纹加工工艺 篇4

某大功率柴油机机体长宽高为5023mm×1550mm×1900mm, 上、下平面上共有52个M60×3-6H高精度大直径深孔螺纹 (见图1) , 机体材料为强度和韧性较高的球墨铸铁QT500-7。螺纹孔出口端φ60.5光滑圆柱孔深175mm;螺纹底孔深310mm, 底孔直径φ57;螺纹孔深度280mm, 螺纹孔直径及精度等级M60×3-6H, 螺纹有效长度105mm, 螺距3mm;螺纹孔精度等级为6H;螺纹孔实际轴线必须位于垂直于基准平面, 且在延伸公差带700mm长度上直径为公差值0.2mm的圆柱内;各螺纹孔位置度要求0.2mm;螺纹孔底端有效藏屑空间长度30mm。

2 工件螺纹孔的加工工艺分析

螺纹孔出现在大型箱式的柴油机机体上, 而且精度要求较高, 它的加工主要需解决4个方面的工艺问题:长径比较大的螺纹底孔深孔加工;高精度大直径深孔螺纹的加工;切削液的选择;具备大规格高精度立式数控机床。

(1) 螺纹底孔长径比L/D约为5.5左右, 属于深孔加工范围。对于加工较高强度材料和有高精度要求的螺纹孔, 要达到质量效果, 螺纹底孔的加工精度及表面粗糙度必须得到保证, 这是前提条件。深孔加工比较困难, 因为孔较深, 刀杆细长, 钻头容易钻偏, 切屑不容易排出, 冷却液不容易进到钻头的主切削区, 形成刀具冷却困难, 加速了刀具的磨损, 使刀具耐用度下降, 并且限制了切削效率的提高。深孔加工时, 常会因排屑困难, 造成切屑与已加工表面 (孔壁) 产生强烈摩擦, 使孔的表面光洁度和精度下降, 甚者钻头被卡住、折断, 造成工件报废。能有效解决这些问题的加工方法主要有两种:钻、扩、镗工艺;深孔钻削工艺。前者生产效率低, 后者生产效率高。

(2) 该螺纹孔可采用的加工方法主要有两种:铣削和攻丝。由于螺纹孔较深, 螺纹有效长度较长, 而铣削的刀杆较为细长, 刀杆容易产生振动, 直接影响螺纹孔的加工精度, 加上需要用到数控插补的原理进行铣削, 生产效率相对不高。而螺纹孔攻丝是在预先已加工好的、极为狭窄空间的底孔内进行, 丝锥处在半封闭状态下工作, 切削排出不畅, 冷却润滑困难, 工作条件恶劣, 丝锥与工件和切屑的摩擦大, 产生的大量切削热不能及时散出。丝锥攻丝往往也是工件的最后一道工序, 尤其是在大型工件上攻丝, 如果丝锥折断或产生其它质量事故, 可能导致整个工件报废, 造成很大的经济损失, 所以又要求安全可靠。因此要选用合适的丝锥结构参数和切削液, 确保螺纹攻丝过程能正常进行。螺纹孔攻丝的生产效率更高, 加工精度更稳定可靠。

(3) 切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液, 对提高刀具寿命和加工表面质量、加工精度起着重要作用。在该螺纹孔加工全过程中选用了HYSOL GS-J中高级极压切削液, 浓度6%, 冷却、润滑较为理想。

(4) 影响工件加工质量的因素之一是机床自身精度, 包括几何精度和运动精度。由于工件外形尺寸较大, 在同一方向上有多个螺纹孔, 而且螺纹孔尺寸精度和轴线垂直度要求较高, 因此在大规格高精度的龙门式数控加工中心上完成较为合适, 而且机床主轴应具备内冷却系统或可外转内冷却系统。重复定位精度好的机床, 可以在全部螺纹底孔钻削完成后, 再逐一攻螺纹孔;重复定位精度差的机床, 机床主轴只能停留在某一螺纹孔位置上, 直到将该螺纹底孔及螺纹孔切削完成后, 才能移动机床主轴再切削下一个螺纹孔。

3 工件螺纹孔加工刀具及切削用量选择

从螺纹孔攻丝工艺特点可知, 要保证被加工螺纹孔大径、中径、螺距、牙型角、粗糙度、形位公差都能达到规定的精度等级, 除丝锥自身精度等级必须达到要求外, 良好的螺纹底孔精度也是决定螺孔攻削效果的首要条件, 此外还要考虑高生产效率以及设备资源状况。但传统的枪钻、喷吸钻等深孔钻具都不适合在该种状况下使用, 故选用了具备良好定心、导向、排屑畅快、钻孔质量高、稳定性高、并且高效能的直径为φ57的高迈特KUB内冷却深孔钻, 直接完成螺纹底孔的深孔钻削;选用了攻丝特性较好的欧士机直槽丝锥 (Z=4) 完成螺纹孔攻丝;选用了能满足功能要求、并且性价比较高的大锥度和外转内冷却刀柄、日研攻丝刀柄和攻丝夹头 (具备过扭矩保护结构) 。刀具配置见图2。切削用量选择见表1。

4 结语

实践证明, 对于图1螺纹孔的加工, 现在的钻 (短、长深孔钻直接钻出准57螺纹底孔) →攻丝 (1支组机攻M63×3-6H螺纹孔) 工艺方式, 同以往的预钻 (φ40螺纹底孔) →扩钻 (φ56.8螺纹底孔) →镗 (2次至准57螺纹底孔) →攻丝 (2支组带导向点动加工M63×3-6H螺纹孔) 工艺方式比较, 无论是表面质量、尺寸精度、形位精度、加工稳定性、刀具耐用度、冷却效果、生产效率等都有显著的提高, 特别是生产效率, 由原来工艺的一班次只能加工1个螺纹孔, 到现时工艺只需要20min左右就可以加工1个螺纹孔, 生产效率提升了20多倍, 社会效益和经济效益显著。

参考文献

[1]计志孝, 张荣珍, 陈景涛, 等.螺纹加工新工艺[M].北京:兵器工业出版社, 1990.

[2]紧固件专业工人技术理论培训教材编审组.攻螺纹工工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1993.

深孔加工技术研究综述 篇5

机械加工中的深孔,一般指零件内孔的长度与直径之比大于5的孔,其几何特征决定了它是机械加工中难度最高的加工过程之一。深孔加工对刀具提出了很高的要求,一般刀具很难同时保证孔的长度和精度要求。另外,近年来难加工材料(例如高强度合金材料)的运用给深孔加工提出了更高的要求。20世纪60年代前,深孔加工主要用于枪炮的生产,但近年来逐步向能源、汽车、航空航天等领域扩展。我国深孔加工的基础比较薄弱,因此迫切需要对深孔加工技术进行深入的研究[1]。本文对深孔加工技术的特点、技术手段、关键技术及工艺方法和实际应用、现今发展的水平等进行分析,并预测其发展的趋势。

1深孔加工技术概述

1.1技术特点及难点

深孔加工属于机械加工的范畴,与普通孔的加工相比,有很多特点及难点。分析深孔加工的特点,才能更好地选择不同的深孔加工方法。首先是切削运动方式不同,普通孔加工通常是工件固定,刀具同时作进给运动与旋转运动。而深孔加工采用的切削运动有多种:工件旋转、刀具进给;工件不动、刀具旋转与进给;工件与刀具相对旋转、刀具进给;工件旋转与进给、刀具不动。其中以第一种方式居多[2]。

在加工过程中,深孔加工有很多难点。例如加工时孔轴线容易歪斜、细长刀杆刚度差、容易产生让刀误差等[3]。更严重的问题是,加工过程在深孔中进行,人难以观察到刀具切削过程,因此对于加工状态的判断只能通过听切削声音,观察切削状态和机床状态参数来间接得到[4]。加工孔排屑通道长而直径较小,排屑困难,极可能损坏刀具及工件[5],加上散热困难,刀具容易因为孔内温度过高而加剧磨损速度[6]。

1.2现有的加工方法

深孔加工方法按排屑方式可分为外排屑和内排屑两种。外排削指的是切削液由钻杆中间进入,经钻头头部小孔喷射到切削区,然后带着切屑从钻杆外部的V形槽中排出的方法,主要有枪钻、深孔偏钻和深孔麻花钻等;内排削指的是切削液从钻杆与孔壁的间隙处进入,靠切削液的压力将切屑从钻杆的内孔排出的方法,主要有BTA深孔钻、喷射钻和DF深孔钻三种。外排屑效率较低,加工精度难以保证,而且切屑会与已加工表面接触产生划痕而破坏表面质量,而内排屑深孔钻则可以克服这个缺点。另外,现有深孔加工系统更加重视排屑与冷却的平衡优化,近年来开发了一些新的特种加工手段,例如电火花加工、激光加工、电解加工、超声加工等[7]。对于精度要求比较高的孔,需要进行精加工,是在钻孔、扩孔之后进行的第二次加工,此时排屑问题已经不重要,重点是要提高加工精度[8]。

2深孔加工技术的现状

2.1关键技术

由深孔加工的加工方法可以看出,其关键技术有以下几点:

2.1.1设备选择

主要是机床的选择,为了保障深孔加工的精度,需要合理选择夹具、主轴等,在保证机床刀杆刚度等参数的要求的同时,机床有效加工行程也需要足够大。

2.1.2工艺路线选择

要充分考虑具体加工方法、工件特性等,合理安排粗加工、半精加工、精加工、光整加工等阶段[9]。

2.1.3刀具选择

选定工艺路线之后,要根据工艺特点合理选择刀具,例如枪管主要使用枪钻加工。枪钻分三部分:刀头用来钻削,通常在钻头圆周上设置导向块,钻头顶端一般设有油孔,通过焊接与钻杆相连;钻杆外径略小于钻头,必须具有高强度和韧性;钻柄位于钻杆底部,用于与机床相连[9]。文献[10]提出了一种三导向块的BTA刀具,并用概率方法研究了静态和动态情况下此刀具相对于两导向块刀具的优势。结果表明此刀具稳定性、加工效率和精度更高。

2.1.4定位

深孔加工的定位与普通孔加工一样,常采用锥面定位。另外,进行锥面定位时,要保证直线度,在钻孔及镗孔前需要对端面外锥面进行处理[11]。

2.1.5排屑

深孔加工时由于空间狭小,切屑较难排出,从而影响加工质量。另外,不同的材料也会形成不同的切屑。比较好的工艺是内排屑深孔工艺,可加工直径在6~80 mm的深孔[12]。

2.1.6冷却润滑

由于深孔加工的空间狭小,使热量难以扩散,工件温度急剧升高;况且切屑过程也需要保证润滑。所以,采用润滑液同时解决这两个问题。这种液体也能起到延长刀具寿命,降低噪音和振动等作用[12]。

2.2加工工艺

目前世界上有很多学者进行深孔加工的工艺研究,以下为几个实例。

文献[13]给出了一种套筒零件的加工工艺研究,材料为30Cr3Mo A,盲孔深度为200 mm±0.2 mm。若采用普通加长麻花钻加工,由于细长的钻头刚度差,散热困难等原因,钻头磨损很快,加工质量较低,因此需将冷却液送到工作面,例如可利用喷射钻的方法加工。

文献[14]对难加工材料的精密深孔加工方法进行了研究。主要研究刀具的几何形状和切削参数(主轴转速和进给速度)对加工表面质量的影响,最终通过改进BTA钻头使得最优切削参数下孔的加工偏差问题达到了最小化,并成功加工出了直径10~20mm,公差等级为IT 7~9,表面粗糙度Ra 0.2~1.6μm的深孔。实验结果表明,刀具几何形状对加工深孔的质量有显著的影响。进行难加工材料的深孔钻削时,可以通过提高钻头头部的稳定性和提高导向块抛光精度来获得良好的表面粗糙度、尺寸精度和圆跳动。主轴转速和进给速度对孔的尺寸精度和表面质量有很大的影响:主轴转速越大,表面光洁度越高,孔的尺寸波动越小;而对于进给速度,存在一个最佳值,使尺寸精度和表面质量最优。另外,沿孔深方向孔径逐渐减小,表面光洁度逐渐下降,这是由于刀具磨损所致。

文献[15]也对BTA深孔加工过程进行了研究,文中采用了基于计算机的方法研究BTA深孔加工过程的机理,研究重点是切屑变形、切削力和刀具磨损之间的关联,建立了深孔加工的加工模型,并用计算机采集系统采集的数据进行评估和验证。结果表明,中心切削刃切出的切屑变形最大,用三刃钻头得到的切削力和切屑变形的变化趋势是相同的;切屑变形随进给速率的增大而增大,随工件和刀具的转速增大而减小。该文还描述了BTA深孔加工中的对其他力(如轴向力)的测量和分析,并根据实验数据建立了轴向力的经验公式。该文的研究为BTA深孔钻工艺的在线检测和控制系统的进一步发展奠定了坚实的基础。

随着对环保的要求越来越高,需要减少切削液的使用,因此便产生了干式和亚干式深孔加工。即将部分切削液雾化并与气体混合制成冷却液,采用低温冷风法和油气喷射法进行冷却[16]。深孔干钻削是干加工工艺中最难的工艺。文献[17]描述了喷吸钻的工作原理,及利用压缩空气代替切削液的深孔加工方法,并对钻头的几何参数进行了优化。然而对于孔加工来说,切屑较多,热量较大,完全不采用切削液的加工难以实现,需要采用亚干式加工。采用亚干式切削经济实用,气体温度、流量均可调节,以应对不同加工环境,也在一定程度上减少了污染[18]。文献[19]中给出了干式、亚干式加工的关键技术研究,通过合理使用冷却和润滑雾化气体,采用负压排屑装置,合理设计刀具参数,以及合理选用切削液,可以使得加工效果精度达到IT 11~12级,表面粗糙度Ra达到6.3~3.2。

由于机械加工的研究不断深入,特种加工方法也越来越多地得到运用,例如电火花加工。文献[20]给出了一种内喷雾电介质烧蚀深孔加工方法,它采用了连续脉冲和间歇性供氧的方法。其中“雾”是氧和水的混合物,用混合物作为电介质,化学反应产生的能量用于提高蚀除过程的效率;无氧时修整蚀除表面。文中对采用内喷雾电介质烧蚀技术、内喷雾电火花加工技术和纯氧环境的间歇式电火花加工技术进行深孔加工作比较试验,重点研究了各种技术的加工机理、加工效率、电极相对磨损率、加工质量和精度。结果表明,间歇式电火花加工能量过大以至于难以控制,而且容易导致短路,影响系统稳定性;内喷雾电介质烧蚀技术的效率为内喷雾电火花加工技术的5.45倍,而且刀具相对磨损率下降了82%,可以达到很好的表面质量和很高的加工精度;高压气雾可以起到冷却和抑制电火花烧蚀的作用,可以提高烧蚀反应的可控性和稳定性,维持稳定的烧蚀过程;内喷雾电介质烧蚀技术继承了间歇式电火花加工技术的特性,包含内喷雾电火花烧蚀和水中普通电火花烧蚀两个过程。

文献[21]探究了通过使用快速响应的旋转电极来提高小直径深孔电火花加工速度的方法,提出了一种结合传统的电火花加工机床的电磁驱动五轴联动机床。该机床可提高电火花加工深孔的速度,其中的电磁驱动电机可以同时起到使电极旋转和快速定位的作用。实验结果表明,与普通电极不旋转的电火花加工相比,该机床加工φ0.5 mm×4 mm和φ1.0 mm×4 mm的通孔时,加工速度分别提高了125%和337%;使用快速响应联动机床加工,以800 r/min转速加工φ0.5 mm×4mm通孔的加工速率最大提升343%,以600 r/min转速加工φ1.0mm×4 mm通孔的加工速率最大提升433%。上述实验结果还表明,用联动机床加工深孔的长径比越大,电极旋转的影响越明显。

文献[22]对金属深孔电火花加工的参数进行了优化,提出的一种具有电介质涂层保护套的工具电极的EDM系统,该文测定了最优脉宽、电极尖端与保护套最优间距和电极进给控制的最优振幅。结果表明,加工0.75~0.80 mm孔径时,脉宽40μs、尖端间距7 mm、振幅40μm时加工效果最优。此优化相比以前的参数提高了约35%的加工速度,降低了约40%的电极损耗。

3深孔加工技术的应用

随着工业化进程的不断推进,深孔加工的应用范围不断扩展,在军工、航天、石油化工机械等领域都有运用。

文献[23]介绍了枪钻在深孔加工中的应用,并分析了使用枪钻时机床及切削液的选择问题。文献[24]给出了枪钻在汽车制动泵主缸深孔加工机床中的运用,并设计了加工过程中的排屑方式、主轴转速、主轴电机的功率及冷却系统等。文献[25]详细设计了活塞杆的深孔加工设备和工艺,对以往的工艺进行改进,并采用了合适的装夹方式、刀具材料和切削参数,提高了生产率。文献[26,27]、分别研究了船用中高速柴油机和重机进气管的深孔加工技术。文献[28]介绍了水泥机械的深孔加工技术,由于其工件质量很大,可达数十吨,因此其深孔加工有着特殊的难点,另外其孔径范围差别很大,因此同一零件需要用不同种类的深孔加工手段。该文根据工艺需求对旧机床进行了改造,实现了提升深孔加工综合效益的目标。特种加工方面,文献[29]给出了钛合金材料的超声和电火花深孔加工方法。由于钛合金材料用普通机械加工方法难以加工,即便是较为合适用于其加工的电火花加工方法,在加工深孔时由于其低导热性和高韧性使得加工效果也不理想。因此文中将超声振动加入电火花加工过程,并分析其作用,提出了一种结合超声波与微细电火花的四轴机床。另外,文献[30]对多孔陶瓷燃烧板的深孔加工进行了研究。

4深孔加工技术的发展趋势

从最早的钻削枪管使用的枪钻,到后来出现的BTA钻、喷吸钻、DF钻等,深孔加工工艺的优化方法不断产生,例如新型刀具材料、结构,导向块布置,排屑装置等,并在优化过程中不断增强环保意识,逐渐向高效率、高精度、高可靠等方向发展[31]。

同时,深孔加工技术还逐渐引入学科交叉的思想。例如特种加工,它彻底改变了深孔加工的原理,利用电能使材料汽化或液化达到去除材料的目的。数控加工的发展也使得小批量、多品种的深孔加工成为了可能,并结合了计算机技术的发展,越来越使得工人的操作得到简化[32]。

为了节省资源和减少污染物排放,对于加工的绿色化也提出了更高的要求,新型绿色加工技术主要有3种:采用绿色切削液、干式切削、准干式切削。由于干式切削技术难度较大,因此暂时难以推广;准干式切削使用微量切削液,可较大程度减少污染,而且技术难度大大小于干式切削,因此受到更多关注;采用具有生态性能的冷却润滑剂,也可实现绿色切削,并且其对人体健康无影响[33]。

5结语

基于机械加工的深孔加工技术探析 篇6

关键词：机械加工,深孔加工,工艺路线,刀具

1 机械加工中深孔加工的特征分析

机械加工中的深孔加工是针对孔深与直径之比(L/d≥5)较大的孔进行钻孔加工,因为孔的深度大直径小,因此工艺特征也较其他普通孔有所差异,特征如下:

1.1 加工难度大:

深孔加工的过程多数都是在半封闭和全封闭的工况,不能直接观察刀具切削的过程和走刀的情况;深孔加工因为半径和孔深比例差异大,因此形成的金属屑不易排出,容易堵塞而影响加工;钻头长度大刚性也就低,容易出现抖动和偏孔的情况,且表面精度不易保证;散热也是影响加工的重要因素,相对封闭的孔内易导致温度升高而造成钻头磨损。

1.2 运动方式:

在加工中工件与刀具的运行与进给方式有多种选择,如工件转动而刀具进给;工件固定而刀具旋转进给;工件与刀具按照相反的方向进行旋转并进行进给;工件旋转并进给而刀具静止,此方式很少应用。

1.3 深孔加工的排屑:

在加工中应用的排屑方式有两种,一种是外排屑,冷却液进入空心钻杆从切削区域将切屑带出,从加工零件的孔和钻杆外壁排除;一种是内排屑:冷却液从零件的孔和钻杆外壁进入,经过切削区域带出切屑,从空心钻杆的孔中排除;两种方式中通常先考虑选择内排屑的方式,此类方式不会对孔壁形成二次摩擦,而影响加工表面质量,钻杆的刚性也高。

2 机械加工中深孔加工技术的分析

2.1 工艺路线的设计与选择

机械加工中工艺路线是必要的指导思路,深孔加工也不例外,首先应综合考虑深孔加工方法和刀具的适应性,针对加工零件的特征选择相关工艺方法,同时还应考虑零件的材料性质,针对其特征再精细设计工艺过程。其次,对加工过程进行段落划分,通常分为:粗加工、半精加工、精加工、光整加工,进行工艺设计,选择合适的技术措施,并以此提高加工效率和质量,如果质量要求和薄壁零件、工余量不大的则不需要分段。第三,工艺路线的设计,深孔加工的工艺路线应按照其结构特征和加工方法、设备因素等来设置,因为深孔刀具技术的发展,深孔加工已经进入了精密加工时代,集中安排工序可以优化加工的过程,从而避免多次装夹而出现误差。最后,合理控制加工余量,深孔零件的加工余量与其他孔不同,余量应增加,不同刀具和刀具角度余量也不同,如单刃铰刀比多刃铰刀余量大,偏角大的比偏角小的余量大等,所以在加工中必须按照相应的工艺和质量要求来设计余量。

2.2 深孔加工的刀具选择

按照不同的深孔表面要求,选择适应的刀具也十分重要。在加工中常见的刀具有:扁钻、麻花钻、外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、枪钻、复合刀具等。具体应用情况如下:

(1)扁钻:从结构上分为整体扁钻和装配扁钻,整体扁钻结构相对简单,生产与加工容易,对硬度高的铸件和锻件适用。装配式扁钻刀杆的刚性大,刀片则是高速钢或者合金,可实现快速更换,且可以打磨成各种形状,切削液容易导入,加工范围广,适用于自动化加工。

(2)麻花钻:该刀具应用广泛,通常在粗加工阶段应用。

(3)外排屑深孔钻:通常是单双刃深孔钻,原理是高压油进入到钻杆孔,经过腰孔进入到切削区域,迫使碎屑随着切削液从V型的导槽和工件壁之间排出。这种深孔钻刀面为0°,方便加工。没有横刃,钻尖与轴线形成一个角度,钻孔中钻尖形成小圆锥,可以让切屑断裂,容易排出。切削部分形状对孔的公差、切屑成型、切削液压力、刀具寿命、偏离角度等都会对其成孔过程产生影响。

(4)内排屑钻头:钻头和钻杆之间有螺纹连接,工作时高压切削液从钻杆外圆和工件壁之间注入,切削同时产生的切屑从钻杆的中心排出。

(5)喷吸钻:主要是利用切削液产生的喷射效应来排出切屑,通常该钻有内外两根管,其中三分之二的切削液从内外管的空隙和钻头前部流入到切削区域,起到导向和冷却、润滑的效果,并可以将切屑从孔内排出,另外的三分之一,切削液从内管后部喷射,产生快速的喷射流,形成一个低压区域由此与前端配合形成压差,起到一个喷吸效果,提高了钻削的效率。

2.3 定位选择

深孔加工与其他成孔加工一样都需要保证定位基准,在实践中锥面定位是常见的方式,主要应用在回转体、中小直径孔、管坯镗孔等;也可采用内锥面定位,是应用在中等直径的内排切削加工方式;而小孔直径的外排切削加工或枪钻加工则可以利用外锥面定位。如果采用锥面定位必须注意对直线度和余量的保证,必须在钻孔、镗孔前的端面进行内外锥面的处理。对于大直径深孔则利用外圆进行定位。如果采用圆定位,应在外圆上加工安装面、定位面、找正面,并保证三者之间是同心圆,对于非回转体则应利用安装面作为定位基准。

2.4 冷却润滑的保证

深孔加工中因为孔内在加工中相对封闭,因此容易造成温度急剧升高,因此必须进行降温处理,同时还应保证切削过程中润滑效果。所以必须利用润滑液来起到冷却与润滑作用。冷却液、润滑液必须进行合理的配合,使得工件在加工中保证质量并保证刀具寿命延长。另外,冷却液和润滑液在深孔加工中还可以起到冲刷、减震、消音等作用。钻削中因为孔径小且深度大,就会在加工中产生较大的抗力和阻力,克服这些阻力而顺利完成加工则会消耗较多的能量,同时切向和径向的力同时作用在导向块上,此时孔壁和刀具就会产生摩擦,摩擦能量就会产生热量和温度升高。这些热量只能借助于冷却措施来降低。同时冷却液的存在可以让导向块和孔壁之间形成一种液压支撑系统,以此有效降低导向块摩擦,也可降低摩擦力对功率的消耗,在节能方面也可以起到一定的作用。再有,润滑液和冷却液可以通过压力和流量来帮助清理切屑。利用冷却液将工作区域的切屑冲刷到加工区以外,实现清理排屑的效果,保证成孔过程的顺利进行。因为在工作区域和钻杆内部、外部充满了油性的液体,从而减少了切削过程中的摩擦、震动等,降低了噪声。

2.5 排屑处理

深孔加工中因为成孔的空间相对封闭,因此形成的切屑很难排除,沉积切屑会影响加工的过程和质量。尤其是内排屑钻的过程中,排屑受到空间和环境的影响,只有有限的空间可以利用进行排屑,所以排屑工作难度大不易开展。从切削的角度看,深孔成孔排屑的问题集中在切屑的处理上,如分屑、断屑、排屑三个连续过程。针对不同的材料会形成不同特征的切屑,形状、宽窄、弯曲程度、尺寸等都会影响排屑的效果。所以在深孔加工中排屑问题是重要的工艺指标。然而深孔加工中排屑通道过长,工作中属于半封闭的状态,切削热量大散热难度也大。所以在深孔成孔工艺中必须考虑冷却与排屑两个系统,以内排屑深孔钻工艺为例,该工艺具备较为明显的优势,最主要的是具有外冷内排屑和自身导向,能够加工直径6-80mm深孔。在成孔过程中,工件首先进行旋转,钻头借助螺纹与钻杆进行连接,封油头在刀架的带动下开始成孔,使得导向装置进入到工件中。内排屑深孔钻进的过程中,切屑在钻杆内实现排屑,不会在孔壁和刀具之间发生摩擦,这样可以最大限度地保证加工表面的质量和精度。该技术采用的钻杆外径要大于外排屑装置,因此刚性得到了提高,且增加了供给量,成孔的效率也得到了大幅提高。内排的原理就是在切削液的压力作用下,从孔壁和钻杆外表面寻觅空隙,进入到切削区域的冷却和润滑部位,将前端的切屑冲入到钻杆内,然后从钻杆后部排除。此类排除切屑的方式容易实现,且兼具冷却和润滑的效果。同时也可保证钻杆的稳定,但是因为需要独立设置内排屑供液系统,加工造价稍高。

3 深孔加工中应用的设备

深孔加工中往往利用专业的设备来完成工件加工,主要按照运动模式进行选择,通常是工件旋转辅助刀具进行轴向进给,使得加工工艺可以顺利完成。其中最为重要的设备就是机床的选择。机床是整个加工工艺的基础,主要由主轴箱、进给箱、刀具夹装设备、机床主体、中心架、移动辅助装置共同构成。主轴箱是支撑主轴,控制旋转和移动不同级的转变,卡盘和拨盘等附属部件通常安装在主轴的右端,转轴多为空心,内部有锥孔,这样可以为夹装细长的刀具提供设置环境。进给箱是利用丝杆将电机产生的动能传递到刀具上,推动刀具完成直线运动。夹装装置主要夹装钻杆,利用螺母相互连接,在丝杠的带动下,钻杆可以沿着轴向完成加工进给。机床床身是基本结构,可以将多个部件组合起来,除了保证各个部件都处在正确的位置,还能协调各个部分的工作状况。床身上设置刀架和支架导轨等,床身下有支撑支架等,保证其固定在基础上,稳定整个加工系统。当然在深孔加工中,工件的情况不同也就不能一概而论,在设备选择上如果不能完全采用深孔加工设备,则可以采用卧式的车床来取代成孔设备。如以卧式机床加工油缸缸套深孔为例,通常采用的是一夹一支的装夹方式,一端则利用四爪单动或者其他类型的卡盘来进行夹紧,另一端则利用中心架完成对轴向的支撑。深孔刀具的夹装则需要配置专用的刀具架。专用的刀具架安装在滑板上保证进给。车削过程中,车床主轴带动刀具完成旋转,滑板则带动刀具完成加工的进给。

还有输油器,该设备也是深孔加工的重要辅助装置,主要的功能就是保证切削液进入到指定的区域,使得切屑能够在液压的推动下完成排屑的过程,主要设置在工件和钻头相互接触的位置上。同时内排屑的方法中,钻孔的冷却液容易出现渗漏的情况,应重视这个问题,这就要求输油器的密封达到一定的标准,加工中需要调整保证其状态。输油器和导向架之间应利用密封垫来完成连接,这样就是要控制漏油的问题。同时输油器和钻杆的接触面、支承架工件端面之间也应利用密封圈进行控制,由此提高防漏的效果。

4 结束语

综合来看,机械加工中深度和孔径之间的比例大于5的时候,就属于深孔加工工艺,这一类加工成孔困难且复杂,孔深大则会导致加工工艺特征的改变,如刀杆细长刚性低,钻削容易抖动且容易产生偏移等。因此在加工的过程中需要考虑工艺的特殊性来选择各种工艺措施,对于深孔工艺而言,技术水平和实施方法必须重视从工艺路线到排屑方式等细节,这样才能在加工中获得较好的工艺效果,保证深孔加工的质量。

参考文献

[1]贾玉菊,张真超.机械加工中深孔加工的方法探讨[J].煤矿机械,2012,(6):139-140.

薄壁深孔的电解加工 篇7

关键词：薄壁深孔零件,电解加工,简易设备,加工工艺

1 引言

深孔加工一直是孔加工中的技术难题, 因其精度、形状和表面质量很难保证, 尤其是一些材质比较硬的薄壁深孔零件, 工艺难点是材质硬, 孔径与壁厚比值大, 长度与孔径比值大, 加工时受切削力作用容易变形, 影响同轴度, 使用传统的加工设备或使用数控设备都会非常麻烦, 有的甚至无法装夹工件或即使能成功装夹也成本过高。而电解加工方法, 则很好地解决了薄壁深孔的加工问题, 它可严格控制孔的尺寸和变形量, 保证孔的加工质量和表面粗糙度值, 并且加工效率高。本文主要介绍了某薄壁深孔零件的固定式电解加工简易设备的制作和工艺方法。

2 加工工艺分析

某军工企业需要加工如图1所示的零件。该零件材料为YT15硬质合金, 属于难加工材料, 外圆直径为30mm, 壁厚仅为3mm, 长2400mm, 孔径与壁厚比值为8, 长径比L/d=80。由于该零件壁薄、深径比大, 用传统的深孔钻削或镗铣加工存在较大困难, 很难保证加工质量, 而且容易使孔壁产生变形。该零件的加工要求又非常高, 在全长范围内, 任何一个截面内的尺寸及壁厚超差, 都要按废品处理。所以决定采用电解加工, 由于电解加工工件本身不受力, 不会引起变形, 还能很好地控制壁厚差, 保证其加工质量和精度。由于是圆形的深孔, 通常采用固定式电解加工方法比较方便, 制定加工工艺时, 以外圆作为内孔加工的基准。

3 加工设备的设计

根据图1所示薄壁深孔零件的技术要求, 在预制孔的基础上设计一套简易设备完成其精加工, 见图2。

此设备由一个支座, 架着两个同轴的黄铜锥碗、导电铜瓦以及齿轮齿条位置调节装置 (未画出) 组成。左锥碗固定, 其左端接供液管, 在左锥帽与阴极配合孔周边有若干均布的电解液进入孔, 右锥碗在水平方向位置可调, 以便夹紧, 其右端接回液管, 电解液和加工生成物, 由右锥帽上的均布小孔逸出。阴极为一根直度很高的黄铜棒, 加工前, 将阴极和工件装在夹具左右锥帽中, 工件和阴极的对中靠夹具锥帽的B、A孔的同轴度保证, 阴极直径比待加工孔直径小2△ (△为加工间隙, 孔径Do≤60mm, △=0.3~0.6mm) , 此间隙就是电解液的通道, 装好后整体放入固定式电解加工装置的左右锥碗中, 锥帽与左右锥碗以锥面配合有自动定心作用, 并可靠保证导电、密封。阴极则通过夹具锥帽和支座上的左锥碗接电源负极, 工件通过铜瓦接电源正极。图2所示为组装好工件和阴极的夹具一端 (左锥帽) 已放入左锥碗中, 另一端 (右锥碗) 悬空着, 正待放入右锥碗中。加工时工件应垂直安装, 使电解液由上而下流动。

固定式深孔电解加工装置可以用于加工各种不同尺寸的零件。对于不同口径的零件, 只要改变夹具端帽B孔尺寸;对于不同长度的零件, 只要通过右锥碗右侧的调节装置进行调节, 为了消除边缘效应, 在加工时阴极长度要做得比工件长一些。整个装置操作简单、工效高、易于实现加工过程的自动控制和大批量生产。

4 加工工艺参数

由于该工件为YT类硬质合金, 材质比较硬, 选用以Na NO3为主的电解液, 实验所用配方为[Na NO3 (76g/L) +Na NO2 (10g/L) +酒石酸钾钠 (60g/L) +Na OH (30g/L) ];电压为12~15V, 工作电压的最高值以不击穿加工间隙为限度;电流密度0.20A/mm2, 电流密度直接影响电解加工的生产效率, 在条件许可时应尽量取高些, 但是电流密度加大时, 工作电压也随之增高, 在实验时已经验证, 被加工孔的表面粗糙度也会增大, 影响加工质量, 具体数值应根据经验选择, 通过实验进行验证。加工时, 根据加工余量和电源条件确定电流的大小, 控制加工时间。其成型过程是由预制孔朝径向方向扩大, 所以固定式电解加工的加工余量不宜过大, 否则效率和精度均受影响。

5 加工应注意事项

(1) 加工前应清除预制孔表面残留的油。通常用质量分数为8%~10%碳酸钠和质量分数为2%~3%硅酸钠组成的溶液, 加热至80℃~100℃, 使工件在其内保持10~20min, 除油后用清水冲洗。

(2) 由于阴极长, 进出口处的电解液流速、温度以及电解产物氢氧化铁的含量不相同, 加工后工件孔可能会产生锥度, 因此初始间隙不宜取得过小。

(3) 为了消除边缘效应, 阴极长度要做得比工件长一些。

(4) 固定式加工的阴极整个表面必须完好无损, 任何微小疵点或刻痕均会反映到工件表面。

(5) 为了消除孔壁的疵点, 在加工过程中间对电解液要进行倒向。

6 结论

此方法在企业生产中已经得到了应用, 主要用于枪管、炮管、煤炭行业的液压支柱、支架缸体等加工。加工精度可达到0.01~0.02mm, 表面粗糙度可达到Ra0.16~Ra0.08。能够严格控制孔的精度、表面质量和粗糙度值, 并且缩短了加工时间。只要改变设备中端帽B孔尺寸, 就可适用于不同孔径零件的加工, 非常简单适用, 不需要专用的机床设备, 可用于大批量生产加工。

参考文献

[1]王俊.现代深孔加工技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2005:319-340.

[2]王毅, 邢金山, 李文龙.高精度超长孔的加工[J].机床与液压, 2009 (12) :241-242.

[3]刘长生.电解加工在起落架零件上的应用[J].航空制造技术, 1982 (10) :222-223.

[4]盛文娟, 徐斌.航空发动机机匣电解加工工艺[J].金属加工 (冷加工) , 2010 (4) :201-202.

[5]刘金国, 等.多孔径微小群孔电解加工工艺研究[C]//2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集, 2010:195-196.

[6]王维.群小孔电解加工的关键技术的研究[D].南京:南京航空航天大学, 2010.

[7]朱树敏.浅谈电解加工[J].机械工人, 1984 (11) :188-189.

深孔加工的编程及技巧 篇8

(一) 深孔加工指令格式

大多数的数控系统都提供了深孔加工指令, 这里以FANUC系统为例来进行叙述。FANUC系统提供了G73和G83两个啄式钻孔指令:G73为高速深孔加工循环指令, G83为深孔加工循环指令。其指令格式分别为:G98 (G99) G73X_Y_Z_R_Q_P_K_F_L G98 (G99) G83X_Y_Z_R_Q_P_K_F_L式中:

X、Y——待加工孔的位置。

Z——孔底坐标值。 (若是通孔, 则钻尖应超出工件底面)

R——参考点的坐标值。 (R点高出工件顶面2~5mm)

Q——指定每次进给深度 (G73或G83时) , 是增量植, Q<0。

P——刀具在孔底的停留时间。 (ms)

K——指定每次退刀 (G73或G83时) 刀具位移增量, K>0。

F——切削进给速度。

(mm/min)

L——循环次数。 (一般用于多孔加工的简化编程)

G98——钻孔完毕返回初始平面。

G99——钻孔完时返回参考平面。 (即R点所在平面)

注意:

1. 如果Z、K、Q移动量为零时, 该指令不执行。

2.|Q|>|K|

(二) 深孔加工动作

深孔加工动作是通过Z轴方向的间歇进给, 即采用啄钻的方式, 实现断屑与排屑的。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工, 而且指令格式也相同, 但二者在Z向的进给动作是有区别的, 图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。

从图1和图2可以看出, 执行G73指令时, 每次进给后令刀具退回一个K值 (用参数设定) ;而G83指令则每次进给后均退回至R点, 即从孔内完全退出, 然后再钻入孔中。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑, 令其小得足以从钻槽顺利排出, 并且不会造成表面的损伤, 可避免钻头的过早磨损。

G73指令虽然能保证断屑, 但排屑主要是依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的。因此深孔加工, 特别是长径比较大的深孔, 为保证顺利打断并排出切屑, 应优先采用G83指令。

(三) 常规自动编程方法

这里以CAXA2011制造工程师为例, 其钻孔参数设置对话框如图3所示。

1. 加工参数

加工参数包括:安全高度 (绝对) 、安全间隙 (即R点) 、钻孔深度、暂停时间、主轴转速、转孔速度、工件平面和下刀增量 (即Q) 等。

安全高度:指在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。

安全间隙:指钻头由快速进给转为加工速度时刀具所在位置, 安全间隙应高于下刀位置。

钻孔深度:是指最后的加工深度。

暂停时间:指刀具在孔底部的暂停时间。

主轴转速:机床主轴的转速。转孔速度:钻孔进给速度。工件顶面:是指工件上表面的高度值。

下刀增量:为每次向下的钻孔深度 (增量值, 取负) 。

2. 自动编程产生的程序段

由图3对话框中设定参数值, 采用G73高速啄式钻孔方式得到的程序为:

由图3对话框中设定参数值, 采用G83啄式钻孔方式得到的程序为:

从上面程序中可以看出, G73高速啄式钻孔和G83啄式钻孔程序结构完全一致, 只是每次加工后退刀的位置有所不同。

G83每向下钻一次孔后, 快速退到参照R点, 然后快进到距已加工孔底上方为K的位置, 再前进钻孔。使加工深孔时更利于排屑、冷却。而G73每向下钻一次孔后, 只快速退到距已加工孔底上方为K的位置, 然后就继续前进钻孔, 减少了退刀量, 可以进行高效率的加工, 但排屑、冷却比G83差一些。

二、结论

根据加工深孔的需要, 合理地选择加工方式, 设置钻孔加工参数和适当地修改后置处理文件, 使自动编程产生的程序能满足深孔加工的断屑并保证刀具得到充分冷却。

参考文献

机匣深孔机械加工研究 篇9

一、工艺难点分析

左、右两半机匣的组合加工通过两个定位销实现。机匣组合后, 定位销无法作为加工基准, 必须进行工艺基准转换。精密螺栓安装孔与气缸的精确定位密切相关, 也与曲轴支靠面 (即曲轴轴向定位面) 密切相关。难点主要集中在机匣高精度尺寸的控制及深孔的加工上。曲轴孔和凸轮轴孔的精度及油孔尺寸如图1和表1所示。

从以上数据不难发现, 曲轴孔与凸轮轴孔的加工, 以传统的镗工去加工很难达到要求。通过对各汽车发动机厂家调研得知, 通常采用的加工工艺为粗镗—半精镗—精镗, 而对于曲轴孔的加工, 通常均为精镗后珩磨作为曲轴孔的最终工序 (曲轴孔在缸体上, 基体为铸铁材料) 。为保证各镗孔的同轴度要求, 多家公司都采用粗镗为双面镗削加工, 精镗选用单面镗床。为克服镗杆过长、刚性差的缺点, 通常在夹具上设相应的滚动导套来提高工艺系统的刚性。为了改变镗杆的受力状况, 减少镗杆的振动, 提高直线镗孔的质量, 多家公司都采用多刀头、拉镗和错开镗孔的加工方法, 主动测量、刀具磨损自动补偿装置也在镗孔中普遍应用。同时, 少部分厂家采用组合导向, 即镗杆在零件加工过程中, 有前导向、后导向及中间导向作导向支承。更多的厂家则无组合导向, 精镗为一刀直接镗到位, 采用具有静压导向的专用镗刀杆。

该发动机的左、右机匣材料为铸铝ZL105, 无法镗削后进行珩磨, 而直接进行镗削到位无法保证精度要求。

二、问题的解决

通过认真考证, 笔者认为, 可以采用将两半机匣分开用球头铣刀对凸轮轴孔进行最大的去除余量粗加工。然后将左右两半机匣组合在一起进行镗铰, 先用Φ26的镗刀进行半精加工, 然后用Φ26.2镗刀加工第一节孔 (共4节孔) , 保证位置度合格;最后用第一节孔作为引导, 利用Φ26.2专用整体刀柄铰镗刀上的导条进行定位加工到最终尺寸。

1. 选用合适的刀具。

进行镗铰加工, 设计、制造刀具是关键的第一步。由于镗刀太长 (全长750mm) , 整体用硬质合金不经济, 为减少镗刀杆自重的影响, 可以将刀杆做成空心的。为了使冷却液能喷到零件里, 真正起到冷却的效果, 可以将镗刀做成带内冷装置的。刀杆全长上4个方向都有导条, 与刀刃及刀柄的跳动在全长上保证跳动不大于0.005。

2. 选择合理的参数。

刀具设计后, 选择合理的切削参数也至关重要。零件材料为:铸铝ZL105, Al-Si系合金, 淬火用水冷却, 人工时效, 硬度HBS70。切削参数选用过低, 加工效率低, 表面光洁度不好;切削参数选用过高, 刀具寿命低, 容易打刀。通过不断摸索, 建议选用如下切削参数 (表2) 。

3. 将精、粗膛分开切削。

除选用合适的刀具及合理的切削参数外, 为防止工作切削引起的变形, 我们将粗、精镗分开进行。提高粗加工孔的质量, 尽可能使各孔的余量均匀, 切削用量基本一致;精加工时, 为提高刀具安装的准确性, 我们要求刀具每次加工前进行跳动检查;为消除切削过程中的振动, 我们将孔壁有缺口或交叉的补齐, 使镗开孔时受力平衡。