深孔鉆削工藝及應(yīng)用

撰文：常州蘭生公司刀具部　　　　　戴軍

 1 ．深孔鉆削系統(tǒng)

按照各自的工藝特點．可以將深孔加工系統(tǒng)分為外排屑系統(tǒng)（如槍鉆系統(tǒng)）和內(nèi)排屑系統(tǒng)（如 BTA 系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和 DF 系統(tǒng)）。

 ( 1 ）槍鉆系統(tǒng)

深孔加工起源于槍管的加工，因此稱為槍鉆系統(tǒng)（如圖 2.41 所示）

槍鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、加工比較準(zhǔn)確、孔的直線性較好、成本低廉，所以使用到現(xiàn)在還在不斷發(fā)展。槍鉆鉆桿采用壓有 V 型槽的無縫鋼管，切削加工時，切削液從鉆桿內(nèi)部流到切削區(qū)，再把切屑從孔壁與鉆桿的 V 型空隙中推出，因此是屬于外排屑的深孔加工系統(tǒng)．由于切屑排出空間較大，所以比較容易排出切屑。但是因為刀具系統(tǒng)剛性不足，用 v 型鉆桿易產(chǎn)生扭曲和撓曲，不能用大的進給量加工，所以限制了加工效率的提高．同時．隨著新材料的不斷出現(xiàn)和對深孔加工的規(guī)格、精度要求的不斷提高，再依靠槍鉆解決大尺寸的深孔加工已不能滿足要求。

( 2 ) BTA 系統(tǒng)

德國希勒公司在 1942 年研究出了一種新的深孔鉆削實用技術(shù)，這就是 BTA 深孔加工系統(tǒng)這種加工方法多用于直徑 12 - 120 mm 的深孔加工，加工精度可達 IT2 -IT4 ，表面粗糙度Ra ＜3.2um，鉆桿是圓形，剛性好，生產(chǎn)效率比槍鉆系統(tǒng)提高 5 一10倍 · BTA 系統(tǒng)如圖2.42 所示，加工時，切削液由孔壁與鉆桿的間隙流至切削區(qū)，把切屑從鉆桿內(nèi)部推出 · 當(dāng)加工小直徑深孔時，切削液流動的縫隙變窄，易造成切屑堵塞，因此小于￠12 mm的深孔不宜采用 BTA 系統(tǒng)加工。

( 3 ）噴吸鉆系統(tǒng)

1963 年噴吸鉆系統(tǒng)誕生于瑞典“ Sandvik 公司，這是一種把人們習(xí)慣依靠切削液推出切屑則外屑方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽壳邢饕何�出切屑的新方法。噴吸鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.43 所示

它巧妙地解決了 BTA 術(shù)提高到了一個新的水平系統(tǒng)的高壓輸油密封裝置的制造和密封問題，從而使深孔加工技噴吸鉆系統(tǒng)的特點是壓力可降低一半，不需要高壓密封裝置，適用加工￠20-￠65mm 的深孔。 噴吸鉆使用雙層鉆桿，切削時，冷卻液的一部分經(jīng)過內(nèi)外管之間的環(huán)形空隙，通過刀具上的冷卻液出口到達切削區(qū)，冷卻液在切削區(qū)的壓力幾乎與大氣壓力相同，時，在內(nèi)管中形成負壓區(qū)（即低壓區(qū)）另一部分冷卻液通過設(shè)在鉆桿后方的噴射裝置噴向后方，把鉆桿前部的切屑和切削液吸出來。

2 深孔鉆削刀具

深孔鉆削刀具經(jīng)歷了一個從高速鋼到硬質(zhì)合金、從焊接式到機夾式的發(fā)展過程．開始，槍鉆采用高速鋼作為刀具材料進行深孔加工。自從上世紀(jì)初硬質(zhì)合金誕生以來，由于其硬度（特別是高溫硬度）、耐磨性、耐熱性都優(yōu)于高速鋼，硬質(zhì)合金很快被用作深孔加工的刀具材料。目前大部分深孔加工刀具采用焊接式或機夾式硬質(zhì)合金，只有少部分采用高速鋼。硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼好的多，刀具耐用度可提高幾十倍，或者在同樣的耐用度下允許的切削速度可提高幾十倍，因此，硬質(zhì)合金的應(yīng)用使深孔加工效率、加工質(zhì)量都得到了很大的提高。

對于焊接式深孔鉆削刀具，如果刀刃發(fā)生破壞，其修復(fù)周期比較長，不利于生產(chǎn)率的提高，另外，刀片經(jīng)過焊接容易引起硬度下降，產(chǎn)生應(yīng)力裂紋等缺陷．因此，近年來機夾刀具得到?jīng)Q速發(fā)展，在美國機械夾固式刀具占有所有刀具的 90 % ，而瑞典已達到 95 % ，在我國機夾刀具只占有 5 % - 10 % ．國內(nèi)深孔加工刀具的生產(chǎn)已具有一定的規(guī)模，成都機床修配廠生產(chǎn)的焊接式深孔鉆頭質(zhì)量已基本過關(guān)，并且每年有出口任務(wù)，是我國深孔加工刀具的定點單位。目前代表深孔加工刀具水平的是瑞典的 sandvik 公司。

深孔加工中所采用的深孔鉆頭，主要根據(jù)所使用的深孔鉆削系統(tǒng)而定，對于較大孔徑（ d  ≥ 20 mm ）的深孔，一般都采用 BTA 或 DF 深孔鉆削系統(tǒng)， DF 系統(tǒng)中的深孔鉆頭為內(nèi)排屑錯齒深孔鉆頭，其切削部分的結(jié)構(gòu)如圖 2.45 所示。在鈦合金等難加工材料的深孔加工中，針對材料的切削性能特點，在深孔鉆頭的設(shè)計上進行一些改進，其主要特點為：

 ① 在刀齒結(jié)構(gòu)上采用外齒和中心齒在同一錐面上、中間齒高出 H 值的分布形式。其優(yōu)點是中間齒與中心齒的軸向間距短，中心齒的切削條件有所改善，鉆削輕快，刃磨方便，分屑效果明顯。因此可以采用較大的進給量，生產(chǎn)效率較高．

② 在刀具及導(dǎo)向塊材料上，加工鈦合金材料時均選用 YG 類硬質(zhì)合金（如 YGS ) ，避免采用 YT 類硬質(zhì)合金，以免與鈦合金產(chǎn)生親和作用，提高刀具的耐磨性。

③ 在刀具的角度上，采用較小的前角（ 0 一 5度) ，以改善刀具的散熱條件和增強刀刃的強度對于加工欽合金的鉆頭為了克服因回彈而造成的摩擦，可適當(dāng)加大后角。

①     導(dǎo)向塊的滯后量適當(dāng)加大，一般取 2 一 3 mm ，這樣可以克服由于獻合金材料的回彈和外齒刀尖的磨損而造成導(dǎo)向塊超前切削的可能性，減小軸向力。

⑤ 鉆頭導(dǎo)向塊和外緣副切削刃，一般均磨成倒錐，主要是為了減小導(dǎo)向塊及外緣副切削刃對已加工孔壁的摩擦和導(dǎo)向塊對孔壁的擠壓作用，倒錐量一般選取0.005 mm /100 mm ，對于鈦合金，考慮到孔壁回彈量較大，應(yīng)適當(dāng)加大倒錐量，可取0.08mm / 100mm

 ⑥ 采用內(nèi)斜式斷屑槽，斷屑槽底圓弧半徑較大，這樣有利于斷屑.

3 ．保征鉆削質(zhì)童的措施

由于鉆桿細而長，剛度低，強度差，加工中往往容易發(fā)生孔的軸向傾斜，排屑和冷卻困難，稍有不慎將會造成鉆頭折斷。因此，一般可采取相應(yīng)措施如下：

 ① 采取分段分級依次鉆削加工。將深孔鉆頭分為由小到大的幾種長度，依次裝卡，依次鉆削．同時選擇與鉆頭長度相應(yīng)的、合理的鉆削參數(shù)進行加工。

 ② 由于工件孔的周邊壁厚差異較大，大量的切削熱集中在孔距工件外表面較近的區(qū)域由于工件溫度偏高區(qū)域的一側(cè)，切削阻力下降，導(dǎo)致所鉆孔的軸線偏斜，因此，應(yīng)該著重降低切削熱集中區(qū)域的溫度。采用海綿條吸滿冷水覆蓋在熱量集中的區(qū)域進行冷卻的辦法收到明顯效果。

③ 經(jīng)常退出鉆頭，進行冷卻并清除切屑。采用這種簡便易行的深孔加工方法，較好地解決了深孔加工中的刀具、導(dǎo)向、散熱和排屑問題，使深孔加工后的尺寸精度和表面粗糙度都有了很大提高，孔的直線度也非常好

 4 · 深孔鉆削的特點

深孔鉆削是一種比較復(fù)雜的工藝過程。鉆孔屬于半封閉式切削，孔加工的排屑、散熱和導(dǎo)向問題，在深孔鉆削過程中顯得更加尖銳，其主要特點有：

 ① 鉆孔時不能直接觀察刀具的切削狀況，工作過程中只能憑聲音、切屑、儀表（油壓表及電表等 〕 、振動等外觀現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。

 ② 孔的深徑比大、鉆桿細而長、剛性低、易振動、易走偏，因此，支承導(dǎo)向極為重要。 ③ 由于排屑空間受到鉆桿的限制，所以排屑比較復(fù)雜和困難。必須保證可靠斷屑，切屑的長短和形狀要加以控制，否則切屑堵塞排屑通道會引起刀具損壞。

 ④ 切削熱不易散出，工作條件惡劣，必須采取有效的冷卻方式．