什麽叫深孔?
深孔是指孔(kǒng)深與孔(kǒng)徑比L/d≥5的孔,深孔加工是機械加工中(zhōng)的一道難題,尤其是大深徑比的深孔(kǒng)加工,難點在於刀具細長,剛性差、強度低(dī),易(yì)引(yǐn)起刀具偏斜,且散熱困難,排屑不易,經常產生直徑變大、出現(xiàn)錐形或孔偏斜等現象,從而達不到質量要(yào)求。
航空發動機某噴嘴類零件,孔徑為(wéi)Ф6mm,孔深為105mm,深徑比達17:1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度,為了加工(gōng)出合格孔,需製定合理的加工(gōng)方案,選擇合適的(de)加工設備和刀具。筆者經過試件的試(shì)切加工,選擇合適的(de)加工(gōng)參數,最終確定了合理的加工(gōng)方法。
一、零(líng)件簡介
某噴嘴類零(líng)件,總長為105mm,杆部內孔(kǒng)為φ6+0.12mm,壁厚為2mm,表麵粗糙(cāo)度為Ra3.2μm,深徑比為17:1,屬於深(shēn)孔加工(gōng)的零件,其材(cái)料為難加工的GH4169。
這類高溫合(hé)金孔(kǒng)加工相(xiàng)對於一般鋼材切削加工,刀具壽命要低50%以上,且加工效率(lǜ)低,成(chéng)本高。高溫合金孔加工主要難點是(shì):
①切削力大(dà),消耗(hào)機(jī)床(chuáng)功率大;
②孔加工是(shì)半封閉的切削,產生的高切削(xuē)熱和(hé)切屑難以及時排(pái)出,遠(yuǎn)離刀尖,刀具磨損更為劇烈;
③用普通的鑽削方法難(nán)以(yǐ)保證高溫合金孔的精度要求。
④高溫合金孔加工中,刀具磨損比加工普通鋼材快得多,且需要(yào)切削性能更(gèng)好的刀具材料。
為了解決以上加工難點,加工此深(shēn)孔時,必須(xū)選擇合適的(de)加工設備和刀(dāo)具,保證(zhèng)零件的加工精度。
二、加工工藝設計和分(fèn)析
零件深孔加工選用常規的鑽削方式,需加長麻花鑽,而且要斷屑加(jiā)工,不僅加工精度(dù)低(dī)、表(biǎo)麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證,而且很容易引起(qǐ)堵屑或折斷鑽頭,造成更大(dà)的加工困難,因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。
設備的選用考慮到本公司產品類型(xíng)多,深孔加工產品結構差異大,且生產批量較小,不可能(néng)購(gòu)置深(shēn)孔加工專用機床,為了更好地保證深孔精度要求,結合工廠實際,選(xuǎn)擇合(hé)適的加工設(shè)備來滿足深孔加(jiā)工的(de)技術要求。
1.刀具的選擇
深孔加工的刀具有(yǒu)多種,如(rú)槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型。
噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心,易加工(gōng)工件材料;套(tào)料鑽(zuàn)、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉(zhuǎn)位(wèi)深孔鑽一般最小(xiǎo)鑽(zuàn)削直徑(jìng)為Ф20mm;
而亞幹式深孔(kǒng)加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻,使用霧化(huà)切削液進行潤滑,需專用的加工設(shè)備。
而槍鑽適用於(yú)加工Ф2~Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3~Ra0.4μm、精度H7~H10級的深(shēn)孔。
經對上述幾種深孔加工刀具的對比(bǐ)及本廠的實際情況,研究決定采用(yòng)槍鑽進行此深孔的加工。
槍鑽由硬(yìng)質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部(bù)分組成(chéng)。
槍鑽鑽尖上開有油孔,以加強鑽頭冷卻潤滑(huá)和(hé)使切屑順利排出,並選擇韌性(xìng)和抗(kàng)振性均較佳的硬質合金作為基體,表(biǎo)麵可塗TiC或TiN,以(yǐ)提高鑽頭(tóu)的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼(gāng)管。
其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注(zhù)入,經腰形孔到達切(qiē)削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排(pái)出,故稱(chēng)外排屑。
此類深(shēn)孔鑽前角一般為0°,以便(biàn)製造(zào)。它無橫刃,鑽(zuàn)尖偏離軸線,鑽孔時(shí)鑽尖前方形成小圓錐,可使切屑在鑽尖處斷離為兩段,使之較(jiào)易排(pái)出。
2.設備
槍鑽是(shì)用來鑽削回轉工件中心上的孔,加工時,通常是工(gōng)件(jiàn)旋轉(zhuǎn),鑽頭作直線進給,較(jiào)適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。
綜合考慮槍(qiāng)鑽加工的應(yīng)用場合及公司現有設備情況,在此零(líng)件加工時,筆者選(xuǎn)擇了車銑複(fù)合加工中心,此設備既可實現零件(jiàn)旋轉,又配(pèi)備高壓內冷係統,滿足槍鑽的應用場(chǎng)合。可以進行鑽孔加工。
3.槍鑽引(yǐn)導孔加工
槍鑽屬(shǔ)於非平衡鑽頭,不平衡的槽形意味著切削力不平衡。
為了(le)減少鑽頭周邊的(de)徑向切削力,需要靠導套或引(yǐn)導孔分擔。
典型的槍鑽機床上配有槍鑽引(yǐn)導套,而本(běn)例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床,沒有(yǒu)配(pèi)備(bèi)導(dǎo)套,且沒有(yǒu)夾具,無法(fǎ)設計導套。
因此,筆者(zhě)考慮用鑽削引(yǐn)導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得出:
槍(qiāng)鑽(zuàn)引導(dǎo)孔的深度應為1~2倍槍鑽直徑,直徑應比槍鑽(zuàn)鑽頭直徑大0.004~0.012mm較合適。
4.工(gōng)藝(yì)試驗與分析
深孔加工工序草圖如圖3所示,由圖(tú)可知,用軟三爪裝夾(jiá),以定位,夾緊(jǐn),按車端麵→鑽導向孔→鑽(zuàn)深孔的順序進(jìn)行零件的深孔加工。
鑽導向孔時,以不同廠家的鑽(zuàn)頭(tóu)按不同(tóng)切削參數進行試驗加工(gōng);鑽深孔時,我們選擇了伊斯卡的槍鑽,以不同的加(jiā)工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。
(1)引導孔加工(gōng)。
鑽引導孔(kǒng)時,在滿足槍鑽引導作(zuò)用的前提下,筆者(zhě)也兼顧了刀具成本問題,分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和(hé)國產(chǎn)的四(sì)平合金鑽頭進行了(le)試切加工。
經過多個孔的試驗加工,發現進口刀具切削參數(shù)比國產刀具要高許多,轉速可以達到2500r/min,進給率為(wéi)50mm/min,而且較耐磨損,但費用較高;國產刀具的(de)切削參數偏低,轉速(sù)為600r/min,進(jìn)給率僅為(wéi)20mm/min,加工效率遠低於進口刀具,費用(yòng)同樣遠遠低於進口刀具的費用。
經試驗(yàn),兩種刀具的加(jiā)工質量相似。因為此零件的批(pī)量小且加工件數少,在滿足加(jiā)工質量的前(qián)提下,我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。
(2)深孔加工。
深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工(gōng):
一種是進(jìn)入導向孔和退出深孔時,均(jun1)采取小於鑽削時轉(zhuǎn)數和進給率的方法進行深孔加工;
另一種是以較低轉數(shù)和進給率反轉進入導向孔,以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。
經(jīng)過試驗加工發現:第一種(zhǒng)加工方法加工效率(lǜ)低且零件表麵質量(liàng)差,而(ér)第二種加工方法,加(jiā)工效率高且質量較好。
因此,在保證足夠冷卻壓力的情況下,選擇第二種加工方法進行(háng)了刀具壽命試驗。
試驗過程中發現(xiàn),1把槍(qiāng)鑽加工到第4件零件(jiàn)時,加工(gōng)聲音異常,於是調低(dī)進給倍率為90%,繼續加工,可順利完成第4件和第5件的加工,但加工到第6件時,加工到孔深78mm時,鑽頭折斷。
經過試驗,在調低(dī)進給倍率的情況下,1把(bǎ)槍鑽最多加工5件零件,可防止鑽頭折斷。
在某些加工範圍內,槍鑽(zuàn)能解決麻花鑽不能解決的(de)深孔和高精度孔加工問題,可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。
而且在固定所有因素,如主軸轉速、進給速度和冷卻(què)液壓力後,深孔鑽這個工序便成(chéng)為一個簡易的(de)“標準”工序,不受操作員技術(shù)的影響,隻要是一(yī)個高質量的槍鑽便可在生(shēng)產過程(chéng)中提供一致的(de)表現。
它不僅適用於專用槍鑽機床,同時在高壓內冷和導(dǎo)向滿足的情況下也適用於車銑複合(hé)加工中心和數控車床,經濟適用性強,有一定的推廣價值。