復雜深孔的高效加工方法

Christer Richt

(山特維克可樂滿)

1 深孔加工(DHM)

深孔加工屬于由專用刀具主導的加工領域。許多行業(yè)都涉及到深孔加工，但應用最廣泛的是能源和航空航天業(yè)。起初有些深孔零件特征往往看似無法形成，但使用專家們設計的非標準刀具圓滿地解決了加工問題，而且在一定程度上確保能高效而無誤地完成加工。

復雜孔的不斷出現(xiàn)并要求縮短加工時間，促進了現(xiàn)代深孔加工技術的發(fā)展。數(shù)十年來，深孔鉆削一直都是一種采用硬質(zhì)合金刀具的高效加工方法，但孔底鏜削問題作為瓶頸也不斷顯現(xiàn)。現(xiàn)在，該加工領域取得的成功通常多是混合使用標準和專用刀具元件，這些元件具有專用深孔加工刀具的經(jīng)驗。如圖1是基于T－Max 424.10型鉆頭的非標刀具。這些刀具配有加長的高精度刀柄，并且具有支撐功能和集成式鉸刀，再融合最新的切削刃槽形和刀片材質(zhì)以及高效的冷卻液和切屑控制技術，就能在最高的穿透率和加工安全性下獲得所需的高質(zhì)量結(jié)果。

2 深孔鉆削

1 mm以下的小直徑深孔可采用硬質(zhì)合金槍鉆完成加工;但對于15 mm及以上的孔，一般采用焊接刃鉆頭;而對于25 mm及以上的孔，則采用機夾可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭才能進行非常高效鉆削。現(xiàn)代可轉(zhuǎn)位刀片技術和鉆管系統(tǒng)也為深孔加工提供了專用刀具設計的新途徑。孔深超過10倍孔徑時，一般認為孔很深。孔深達300倍孔徑時就需要專門的技術，并采用單管鉆或雙管鉆系統(tǒng)(圖2)才能進行鉆削。而在漫長地加工至這些孔底部的過程中，需要專門的運動機構(gòu)、刀具配置及正確的切削刃才能完成孔內(nèi)、凹槽、螺紋和內(nèi)腔孔的加工。支撐板技術是另一重要領域，在深孔鉆削中重要，現(xiàn)在它作為深孔加工技術的一部分也發(fā)展頗快。

3 工藝案例

現(xiàn)在的制造中往往需要完全不同于深孔鉆削(后續(xù)的單刃鏜削工序，通常不得不在其他機床上完成)的深孔加工解決方案。即使在多任務機床上，單一的裝夾也需要這種方法。比如，加工幾米深的孔，孔徑約100 mm，必須一端有螺紋，并且深入到孔中還有較大直徑的內(nèi)腔孔。通常，當鉆削完成后，再將工件移至車床上，通過鏜削工序?qū)⑦@些特征添加到孔中。現(xiàn)在深孔加工組合了一把刀具執(zhí)行后續(xù)工序的能力，并且不受機床調(diào)整限制。這種新刀具技術拓寬了其操作能力，從而能夠在更小的有限范圍內(nèi)更高效地加工這些要求苛刻的特征。

采用山特維克可樂滿非標解決方案深孔加工技術進行高效特征加工的一個例子是石油勘探零件(圖3)。此零件約2.5 m長，具有一些復雜的特征，公差較小。要獲得小公差和優(yōu)良的表面粗糙度，刀具解決方案首先涉及鉆削直徑90 mm的深孔，并采用浮動鉸刀進行精加工。然后到達1.5 m的深度，對直徑115 mm的內(nèi)腔孔進行擴孔和鉸削。接著對另一個深入孔中較短的階梯孔進行擴孔和鉸削，并形成倒角完成加工。最后，進行鏜削和擴孔形成2個有倒角(也鉸削至成品尺寸)的內(nèi)孔。常規(guī)加工時，在機床上完成此工件的時間超過30 h。而配有山特維克可樂滿專用刀具的深孔加工解決方案能將時間縮短至7.5 h。

4 山特維克可樂滿深孔加工技術

4.1 高效率技術

完全不同于一般操作裝夾，采用山特維克可樂滿深孔加工技術在較大批量生產(chǎn)中也能獲得高生產(chǎn)效率，切削時間縮短80%也不足為奇。這是因為在刀具和刀片設計方面采用了專有技術，最大限度地提高了切削刃的負載安全性。首先是采用了最佳數(shù)量的刀片以達到負載平衡和優(yōu)化切削作用，可允許更高的鉆進速度，從而縮短加工時間。在精度方面，小公差是深孔加工的專長，其中70%的孔具有同軸度要求，典型公差0.2 mm，直徑公差20 μm。

其次是能夠保證正確的切屑形狀和大小以及有效的排屑能力，這對于成功的深孔鉆削而言至關重要。因此，符合要求的冷卻液和切屑管理技術非常重要。可靠的切屑控制是刀片槽形發(fā)展不可或缺的一部分，其方向是限制連續(xù)切屑的形成和難加工材料的斷屑。

4.2 偏心深孔鉆削技術

對深孔刀具和應用專有技術要求很高的一個例子是加工發(fā)電站發(fā)電機軸中非常深的孔。如發(fā)電業(yè)專家瑞典Generpro公司產(chǎn)品中要90 t的鍛鋼零件(圖4)，其中孔深接近5.5 m，孔直徑剛超過100 mm。此深孔必須偏離軸心線一定角度，位置公差在8 mm以內(nèi)。加工此類工件是不允許出廢品的。山特維克可樂滿提供的工具解決方案包括一個專用鉆頭和一個新型支撐板。在該工件上應用之前先進行了鉆削測試，結(jié)果證實更高效可靠，并且退出位置誤差在2.5 mm以內(nèi)。在許多情況下采用現(xiàn)代孔加工技術表明加工時間大大縮短:從多個小時縮短至不足1 h，并且使很多復雜的特征也具有可加工性。