淺談液壓馬達配油軸細長孔加工振動鉆削改善質量的分析

龐廣泉

【摘 要】在金屬鉆孔加工中，細長孔加工一直是個難題.加工精度難以滿足產品要求。此次論文將在振動鉆削試驗的基礎上 ，通過對加工過程和鉆削結果的觀察和分析，全面論述了振動鉆削改善產品質量的原因。即振動鉆削改善產品質量是因為它具有以下的有利因素：良好的斷屑和排屑效果 ，充分的潤滑 ，對積屑瘤的消除以及對已加工孔壁的往復熨壓拋光作用等，通過此次切削實驗，探討了切屑形態變化與切削參數之間的關系，總結出斷屑的最佳切削條件。

【關鍵詞】振動鉆削；細長孔加工；加工精度；斷屑；排屑；屑瘤和鱗刺

0 引言

科學技術和工業生產的發展，對制造技術提出了 更高的挑戰，長期以來，由于在生產中沿用傳統的“鉆一擴一鉸”工藝方法，生產效率低，不能滿足生產的需要。由于細長孔加工的特殊性，決定了它所需要考慮的特殊問題，如排屑冷卻與潤滑以及鉆頭的導向等。正是這些問題的存在，嚴重影響了加工表面質量和加工效率。加工件表面的質量也就是所謂的加工精度。

我廠現使用的搖臂式鉆床型號為Z3080，該鉆床是一種可以加工鉆孔零件的機床，承擔著我公司所有金屬結構件中20多項機加件的鉆孔加工任務。但由于我廠液壓馬達配油軸細長孔在搖臂式鉆床加工，根據以往經驗及加工方法發現其加工精度、粗糙度均無法達到質量要求，效率也跟不上。為了解決此次細長孔加工的質量和效率問題，我廠在原有的搖臂式鉆床基礎上，進行設備改裝，經改裝后多次試鉆，并且采用振動鉆孔的加工形式，完全可以達到預期的質量效果，為我公司節省了大量的物力和財力。

1 振動鉆削原理及實驗

振動鉆孔是一種新的細長孔加工方法，效率高，表面質量好，可以取代傳統的“鉆一擴一鉸”工藝，在國內外受到高度重視，并得到廣泛應用。所謂振動切削就是在傳統的切削過程中人為地給刀具或工件以適當方向、一定頻率和振幅的可控振動，使切削用量按給定的規律進行工作，一邊切削，一邊振動，形成一種本質上與傳統切削過程不同的新穎的切削方式，實際上是一 種脈沖切削。其突出特點是：① 瞬時切削速度高；②刀具與工件的接觸是間斷的、變化的。

試驗在由普通搖臂式車床改裝成的細長孔鉆床上進行。激振器（vibration exciter）安裝在機床的工作臺上，振動頻率由直流電動機控制，在0～l00Hz之間可以無級調頻，激振振幅由雙偏心輪機構設定，在0～0.5rnm 之問可以無級凋幅，試驗用的鉆頭是7.9mm的內排屑細長孔鉆，刀片材料為YT798，試件為14mm×130mm 的鑄鐵，加工中激振振幅取0.07mm，激振頻率取95Hz，進給量為0.008mm/r，主軸轉速為1250r/min，選用5#機械油進行冷卻和潤滑，油壓4MPa。

2 試驗結果

用TR240便攜式粗糙度儀測量出的振動鉆削情況下被加工孔壁的粗糙度。很明顯，振動鉆削得到的孔壁粗糙度 （Ra=0. 837μm）要優于普通鉆削條件下加工出的孔壁粗糙度（ Ra一般在5μm以上），幾乎達到了磨削的效果。這種效果的獲得是 因為振動鉆削能夠有效地消除或減輕干擾粗糙度的多種因素。根據試驗過程中振動鉆削所具有的良好斷屑和排屑效果、充分的潤滑、對切削顫振的抑制、對積屑瘤和鱗刺。

3 分析原因

3.1 良好的斷屑和排屑效果

低頻軸向振動鉆孔是在鉆頭的軸向加上有規律的振動。鉆孔時，鉆頭邊進給邊做軸向振動。振動切削時，根據刀具的振動頻率的關系，均等地分割出工件上需要切削部位的大小，并且使這一 部分有規律地變形成為切屑。

（1）切屑厚度的不斷變化有利于斷屑。振動切削時，切屑厚度方向上留下與振動頻率相關的波紋，因而影響切屑厚度變化，切屑厚度的不一，在高壓切削液和容屑空間作用、限制下，很容易從切屑的強度較差部位。可見，在其它加工條件相同的情況下，振動切削可折斷，達到屑效果。

（2）刀桿的軸向振動有利于斷屑。由于鉆頭的進給量很小，當軸向的振動雙振幅大于進給量時，就實現了分離切削，切屑也就被強制性的切斷。

因此斷屑后的小顆粒的切屑很快通過排屑管排出，從而使振動鉆削的斷屑和排屑效果均較普通鉆削有很大的提高。因此 ，振動鉆削一方面消除了鉆尖對被加工材料的撕裂作用，另一方面消除了切屑堵塞 ，減輕了切屑對被加工面的劃傷 ，從而得到較普通鉆削有明顯改善的孔壁粗糙度 。

3.2 充分的潤滑

普通鉆削中切削過程是連續的，切屑總是壓在刀具前刀面上形成一個高溫高壓區，對冷卻液來說這是個禁區，只能依靠冷卻液的毛細作用滲入進去，冷卻效極差。因此 ，要獲得并增強冷卻液的冷卻潤滑效果，關鍵在于使冷卻液能夠及時大量地到達切削區。

振動鉆削則可以使冷卻液的功能得到充分發揮，由于振動鉆削是 斷續發生的，當刀具與工件分離時，在切削區形成瞬時真空，從而產生泵吸作用，冷卻液從四面進入切削區，包圍刀刃，進行充分的冷卻和潤滑冷卻液在壓力差的作用下很快從A方向浸入切削區，覆蓋住刀屑接觸面之間的新生表面；（1）增加了側面進覆蓋住刀屑接觸面之 間的新生表面；（2）增加了側面進去的能力增強；（3）刀具在與工件分離時，后刀面與已加工表面間的正壓力將減小，使冷卻液從B方向進入切削區的能力顯著增加。當刀具切入時，冷卻液又受強力擠壓，形成瞬時高壓，強迫冷卻液滲入到刀具與切屑的接觸表面，充分發揮其冷卻和潤滑作用。因此振動鉆削以其良好的冷卻潤滑效果，極大地減少了加工中的摩擦和磨損，避免了對加工表面的刮傷，有利于改善孔壁粗糙度。

3.3 不產生積屑瘤和鱗刺

在普通鉆削條件下，積屑瘤和鱗刺的存在是獲得較小表面粗糙度值的兩大障礙。積屑瘤的產生以及它的積聚高度與刃前區的溫度和壓力分布有密切關系是切削過程中溫度和壓力較高時，切屑底層與前刀面發生冷焊的結果。鱗刺則是留在已加工表面上的積屑瘤分裂片，并隨著切屑底層金屬停滯現象的激化而加劇。振動鉆削時，由于振動能夠減小切屑與前刀面摩擦副間的摩擦系數，同時減小切削扭矩，因而減輕了摩擦程度，減小了被加工材料的彈塑性變形。又切削力和切削熱以脈沖形式出現，使切削熱大幅度下降，切屑溫度較低，切屑與刀具前刀面難以實現冷焊，從而徹底破壞了產生積屑瘤的條件。即使存在某些產生積屑瘤的因素，但前刀面與切屑間斷分離，切屑的底層金屬來不及附著上去，前刀面就離開切屑了。這種摩擦力減小以及前刀面與切屑的間斷分離，使切屑不可能在前刀面上停留以代替刀具擠壓切削層，造成切屑層金屬的積聚和停滯，因而也不可能產生鱗刺。 3.4 鉆頭棱帶和導向條對已加工孔壁的往復熨壓拋光作用

振動鉆削的特點是刀具相對工件的運動不是單方向前進的，而是周期性的往復運動。因此，已加工表面在形成以后，又要經過刀具后退、再前進的重復熨壓作用。

4 結束語

本文在總結前人研究的基礎上，針對我廠生產實（下轉第50頁）（上接第34頁）際，提出了切實可行的改造方案，對細長孔加工中難以解決的斷屑、排屑、潤滑、屑瘤和鱗刺問題進行了較為深入的研究，對振動鉆削對改善孔壁粗糙度的作用機理進行了深入的剖析。為進一步改善振動鉆削加工的加工精度提供了理論基礎和方法依據。

【參考文獻】

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[2][日]隈部淳一郎.振動切削與細長孔加工[M].科學出版社，1986.

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[責任編輯：劉帥]