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(diǎn)．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(shí)，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?yàn)榈毒呦到y(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(jìn)給量加工，所以限制了加工效率的提高．同時(shí)．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(shí)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(dá) 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(shí)，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(shí)，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(gè)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(diǎn)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(shí)，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(dá)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(shí)，在內(nèi)管中形成負(fù)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(gè)從高速鋼到硬質(zhì)合金、從焊接式到機(jī)夾式的發(fā)展過程．開始，槍鉆采用高速鋼作為刀具材料進(jìn)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(jī)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(jī)夾刀具得到?jīng)Q速發(fā)展，在美國機(jī)械夾固式刀具占有所有刀具的 90 % ，而瑞典已達(dá)到 95 % ，在我國機(jī)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)，在深孔鉆頭的設(shè)計(jì)上進(jìn)行一些改進(jìn)，其主要特點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(shí)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(qiáng)刀刃的強(qiáng)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(xiàn)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(xì)而長，剛度低，強(qiáng)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(shí)選擇與鉆頭長度相應(yīng)的、合理的鉆削參數(shù)進(jìn)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(jìn)行冷卻的辦法收到明顯效果。

③ 經(jīng)常退出鉆頭，進(jìn)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(diǎn)

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(diǎn)有：

 ① 鉆孔時(shí)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(xì)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．