初探机械加工的深孔加工技术

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  摘要:在机械加工中,孔的加工占到了将近1/3的比例,而在孔加工的过程中将近一半是深孔加工。深孔加工的相关工艺比较特殊,没办法对成孔的过程以及内部的情况进行直接的观察。
  关键词:机械加工;技术;深孔加工;特征
  在工业生产制造的过程中,深孔的加工技术属于非常重要的一项技术有着非常大的难度以及比较高的成本。
  一、机械加工中深孔加工技术的特征
  深孔加工主要是指对于那些孔深和直径比值比较大的孔进行钻孔的加工,由于孔的直径小而深度比较大,所以在特征方面存在着和普通孔的差异。
  (一)加工的难度比较大
  一般来讲,深孔加工都是在半封闭以及全封闭的情况下进行,对于刀具切削的过程以及走刀的具体情况不能进行直接的观察。同时,由于孔的半径与深度有着非常大的差异,所以深孔加工所形成的金属屑不容易排出,经常发生堵塞而对加工造成影响。深度加工所用的钻头长度比较大,也就决定了它的刚度相对较低,容易发生偏孔以及抖动的情况,并且孔表面的精度难以保证。除此之外,散热也会在一定程度上影响深孔加工,封闭的孔内比较容易因为温度的升高导致钻头的磨损。
  (二)运动方式方面
  在深孔加工的过程中,刀具和工件的运行以及进给方式有各种各样的选择,比如,工件固定而刀具旋转进行进给,工件旋转而刀具进给,工件旋转进给而刀具静止,刀具和工件依照相反的方向旋转并进给。
  (三)排屑方面
  在深孔进行加工的过程中,主要运用两种排屑的方式,一是内排屑,主要是指冷却液通过钻杆外壁和零件的孔进入,通过切削区域来讲切削带出,利用空心钻杆的孔来进行排除;另一种是外排屑,这种方式主要是利用冷却液进入到空心的钻杆,将切削从切削区域带出,通过钻杆外壁以及零件的孔践行排除。综合考虑这两种排屑的方式,应该优先选择内排屑,这个方法对孔壁的形成不会造成二次摩擦,会有效保证加工表面的质量水平,提高钻杆的刚性。
  二、机械加工中深孔加工技术的分析
  (一)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。
  (二)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。
  (三)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。
  (四)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。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。
  (五)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。
  综上所述,在机械加工的工程中,当深度和孔径的比例大于5时,就是深孔加工。该加工进行成孔时难度比较大,也比较复杂,在加工时,应该充分考虑工艺的特殊性,来进行各中工艺的选择,在深孔的工艺中,实施的方法以及技术的水平应该足够重视工艺路线到排屑方式方面的细节,有效保证加工的质量水平。
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