與大偏心孔相貫深孔的加工研究

□ 郭進(jìn)舉 □ 陸景旭 □ 方紹英 □ 于海勃 □ 趙克勇 □ 齊樹(shù)新 □ 劉海川

中國(guó)石油集團(tuán) 濟(jì)柴動(dòng)力總廠 濟(jì)南 250306

圖1所示是某發(fā)動(dòng)機(jī)零件上的一種與大偏心孔相貫的深孔。在60°的斜面上加工一個(gè)φ20.5 mm的深孔，在深度213 mm處穿過(guò)與φ80 mm孔軸線偏心15.5 mm的主油道孔，再貫穿主螺栓孔及齒輪座孔。

1 零件加工的現(xiàn)狀

此孔原來(lái)的加工方法是先用锪刀在斜面加工出φ35 mm的孔，再用φ20.5 mm的麻花鉆鉆至一定深度后，接下來(lái)用槍鉆鉆深。在槍鉆鉆出相貫φ80 mm孔接觸到孔的圓弧面時(shí)，刀具受抗力偏離正常軌跡開(kāi)始上偏。偏離幅度大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)刀片崩裂，造成刀具損壞；當(dāng)偏離幅度小時(shí)待加工至終點(diǎn)后，往往會(huì)偏離正常軌跡5～10 mm，造成加工后零件供油嚴(yán)重不暢。因檢查困難，還會(huì)出現(xiàn)與橫油孔不貫通，一旦出現(xiàn)問(wèn)題不能修補(bǔ)，就會(huì)造成零件報(bào)廢。

2 受力分析

如圖2所示，合金槍鉆接觸到φ80 mm孔相貫孔圓弧面時(shí)，刀刃受到一個(gè)向前的分力F1和一個(gè)向上的分力F2，它們的合力F偏離中心線，合力方向偏上。

3 刀具的受力情況分析與工藝措施

刀具的受力情況分析如下。

（1）合金槍鉆刃部成型復(fù)雜（見(jiàn)圖3），是個(gè)不完整的圓柱，還帶有兩個(gè)出水孔，因而壁厚不均，成型后有很大的內(nèi)應(yīng)力。雖然槍鉆刃部外緣切削速度最高，但由于槍鉆使用時(shí)有潤(rùn)滑液而減少了磨損，在接近中心處切削線速度趨近于零，切削刃如同楔子一樣在高壓下剪切工件圓弧面，此時(shí)刀刃磨損雖小但所受擠壓應(yīng)力卻很大，刀具受到一個(gè)向上的抗力F，造成徑向切削分力不平衡，致使槍鉆偏離中心線。若進(jìn)給速度修正不及時(shí)，易使刀片碎裂，甚至合金刀頭折斷卡死在零件內(nèi)，如圖4所示。

▲圖1 所加工的深長(zhǎng)孔示意圖

▲圖2 槍鉆接觸到相貫孔圓弧面時(shí)的受力分析

▲圖3 所用合金槍鉆

▲圖4 斷掉合金刀頭的槍鉆

（2）φ20.5 mm的合金槍鉆工作部分接觸到φ80 mm孔圓弧面時(shí)，φ19 mm的刀桿正好在φ20.5mm的孔內(nèi)，單邊間隙0.75 mm，不能起到支撐作用，這是造成刀具向上偏移、加工孔偏離理論位置的主要原因。

3.1 待解決的問(wèn)題

（1）槍鉆接觸到貫穿孔時(shí)應(yīng)是一個(gè)平面；（2）槍鉆應(yīng)保證切削分力近似平衡，能沿著刀尖自身的旋轉(zhuǎn)軸線前進(jìn)。

3.2 工藝措施

（1）使用平面銑刀加工；（2）須帶有后導(dǎo)向的刀具。

4 刀具改進(jìn)方案

為了解決產(chǎn)品加工質(zhì)量問(wèn)題，提高孔加工的合格率，筆者進(jìn)行了大量的工藝攻關(guān)。由于槍鉆這種刀具無(wú)法控制準(zhǔn)確的運(yùn)行軌跡，考慮增加刀具后導(dǎo)向，在鉆出φ80 mm孔后，用帶后導(dǎo)向鑲條的平面銑刀加工（見(jiàn)圖5），當(dāng)?shù)度虚_(kāi)始接觸到相貫的圓弧面時(shí)，剛好兩個(gè)后導(dǎo)向鑲條起到支撐導(dǎo)向作用，缺點(diǎn)是振動(dòng)較大。同時(shí)，隨著孔加工深度的增加，退屑越來(lái)越困難，嚴(yán)重阻礙走刀，如果不及時(shí)停止進(jìn)刀，會(huì)出現(xiàn)刀桿折斷的后果。

針對(duì)加工中刀桿振動(dòng)大、退屑困難和刀具折斷的情況，經(jīng)分析，由于此時(shí)孔深已近300 mm，加工后排出的鐵屑一部分沿著橫貫穿孔排出，還有一部分?jǐn)D入已加工好的φ20.5 mm的深孔內(nèi)，退不出來(lái)，鐵屑與導(dǎo)向嵌條擠壓，造成刀桿振動(dòng)，嚴(yán)重影響走刀的深入。

▲圖5 帶后導(dǎo)向鑲條的刀具

▲圖6 內(nèi)冷排屑深長(zhǎng)孔后導(dǎo)向銑刀

5 刀具的再次改進(jìn)

在深孔的槍鉆加工中，排屑非常關(guān)鍵，要采用高壓冷卻排屑方式，需根據(jù)刀具直徑、孔的長(zhǎng)度及切削液黏度在刀具中心增加內(nèi)冷孔，出水孔安置在支撐導(dǎo)向處的6個(gè)凹槽內(nèi)，如圖6所示，具體改進(jìn)方法為：①采取高壓內(nèi)冷排屑，鐵屑在高壓切削液的沖洗下，會(huì)隨著切削液及時(shí)排出，不阻礙正常走刀。②出水孔安置在后導(dǎo)向中間處的6個(gè)凹槽內(nèi)，為40 mm長(zhǎng)支撐導(dǎo)向處將起到降溫和潤(rùn)滑作用，走刀平穩(wěn)，徑向切削分力近似平衡，刀具沿著刀尖自身的旋轉(zhuǎn)軸線前進(jìn)，保持良好的導(dǎo)向，從而延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。

經(jīng)試加工，刀具工作情況正常，大大改善了切削狀態(tài)，工件加工合格率大幅提高。

6 總結(jié)

在深孔加工中槍鉆遇到偏心貫穿孔時(shí)，首先應(yīng)先用平面銑刀加工，并且刀刃需要保持平衡導(dǎo)向和支撐；再輔與高壓冷卻液合理使用，使刀具壽命和零件加工質(zhì)量得到較大提高。

［1］ 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［2］ 翟瑞波.數(shù)控加工工藝［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.