深腔精密小孔的加工

■河南航天液壓氣動技術(shù)有限公司 （鄭州 451191） 李永健 張耀新 田躍軍

深腔精密小孔的加工

■河南航天液壓氣動技術(shù)有限公司 （鄭州 451191） 李永健 張耀新 田躍軍

摘要：本文分析了深腔小孔的加工難點，對加工方法進(jìn)行了前期探索及工藝分析，提出了解決措施，給出了具體的加工和測量方法。經(jīng)檢驗，加工零件的各項指標(biāo)均滿足圖樣要求。

1. 零件結(jié)構(gòu)

我公司承制的產(chǎn)品加工制造任務(wù)中，有一種電磁閥，在生產(chǎn)過程中遇到了按照傳統(tǒng)方法無法加工的深腔小孔難題——其深腔之深、小孔之小是以往沒有遇到的，具體零件尺寸如圖1、圖2所示。該零件的加工難度非常大，如何保證加工質(zhì)量讓我們頗費周折。

2. 加工難點分析

由圖1、圖2可以看出，深腔小孔精度要求極高：深腔為φ16mm，深度達(dá)到了40mm；深腔內(nèi)小孔為φ（0.5±0.02）mm，且小孔頂部帶有凸臺形密封面，外圓φ1mm，小孔直徑0.5mm、深度5mm，深腔小孔與凸臺形密封面同軸度要求為φ0.01mm，凸臺形密封面與深腔垂直度要求為0.01mm，必須一次裝夾加工完成，且不能有任何的偏斜，否則不能滿足圖樣要求。

圖1　零件部分尺寸

圖2　局部放大圖

該零件內(nèi)深腔小孔直徑與長度之比為1:10，屬于深孔加工。由于孔的深度與直徑之比較大，且小孔又處于深腔內(nèi)部，導(dǎo)致鉆桿細(xì)長，剛性差，工作時容易產(chǎn)生偏斜和振動，因此，孔的精度及表面質(zhì)量難以控制；另外，由于零件材料為1Cr18Ni9Ti，斷屑不好，則可能由于切屑堵塞而導(dǎo)致鉆頭損壞，無法保證孔的加工質(zhì)量。

3. 加工方法探索

針對此難題，前期進(jìn)行了如下探索：

（1）定制加長鉆頭：先后定制了加長的高速鋼鉆頭、合金鋼鉆頭10余把，由于鉆頭本身韌性有限，鉆削熱量不易散發(fā)，排屑空間小、易堵塞，在加工過程中鉆頭極易折斷，即便是進(jìn)給量控制得非常微小也無法保證。

（2）采用激光打孔技術(shù)：利用激光打孔機加工此深腔小孔，結(jié)果測量發(fā)現(xiàn)小孔的圓度較差，關(guān)鍵問題是利用激光打孔機加工必須要二次裝卡，基本不可能保證深腔小孔與凸臺形密封面同軸度φ0.01mm的要求。

4. 工藝分析

在深腔內(nèi)的深孔加工，影響其加工質(zhì)量的因素有兩個方面：

（1）鉆頭的剛度：鉆桿細(xì)長，剛性差，工作時容易產(chǎn)生偏斜、振動及斷裂，影響孔的精度及表面質(zhì)量。

（2）排屑：孔小且深，排屑

通道長，鉆削時是在近似封閉的狀況下工作的，由于時間較長，斷屑不好，排屑不暢，則可能由于切屑堵塞而導(dǎo)致鉆頭損壞，無法保證孔的加工質(zhì)量。

5. 采取的措施

針對深孔加工的特殊性及對深孔鉆的要求，吸取以往經(jīng)驗，結(jié)合深腔小孔的特點，采取了如下措施：

（1）設(shè)計鉆削刀具裝卡裝置，增加鉆頭的剛性。鉆削刀具裝卡裝置采用包裹式結(jié)構(gòu)，減少鉆頭的裸露部分（見圖3），以提高鉆頭剛度和強度。并設(shè)置切削液流道，借助一定壓力切削液的作用促使切屑強制排出，達(dá)到排屑和冷卻的目的。

（2）改進(jìn)鉆削刀具。為保證深腔小孔的表面粗糙度要求，需要麻花鉆粗加工后，用鉸刀進(jìn)行精加工。為提高鉸刀韌性、防止加工中鉸刀的損傷，采用齒數(shù)減半的方式，對鉸刀進(jìn)行改進(jìn)，減小了進(jìn)給量，增大了排屑和容屑空間，具有韌性好、散熱好和排屑好的優(yōu)點。

（3）實現(xiàn)手動進(jìn)給鉆削，有效減小鉆頭折斷的可能性。設(shè)計有鉆套，可以實現(xiàn)手動進(jìn)給鉆削。即使加工設(shè)備非常精密，也是機械式的進(jìn)給，無法反饋切削力度，而靠手工進(jìn)給，則能控制合適的進(jìn)給量，一旦感覺切削力過大或者有鉆偏的跡象，馬上退回鉆頭。鉆套與工裝本體配合間隙控制在0.005mm以內(nèi)，對深度較深的小孔加工尤為有效。此種方法可以在車床上加工φ0.2mm小孔。

圖3　刀具裝卡裝置

6. 工藝方法

加工工藝方法為：①中心鉆定位、軸向進(jìn)給分6次完成，最后2次進(jìn)給靠手動進(jìn)給。②經(jīng)過3次空進(jìn)給量去毛刺，保證小孔的表面粗糙度要求。

7. 測量方法

在圖2中，中心小孔直徑（0.5±0.02）mm和小孔頂部凸臺形密封面外圓φ1mm，不能在加工設(shè)備上直接測量。公司采用的測量方法是將零件取下后，用帶刻度的小型工具顯微鏡測量和影像測量儀測量相結(jié)合的方式。

加工的第一件零件先用帶刻度的小型工具顯微鏡測量，該顯微鏡可放大30倍，通過調(diào)節(jié)刻度線，測量尺寸φ（0.5±0.02）mm 和φ1mm，記錄實測值。然后將該零件深腔去除，即將凸臺形密封面外圓φ1mm凸出在外，而非深腔內(nèi)，再用影像測量儀測量，影像測量儀放大倍數(shù)在30～200倍范圍內(nèi)可調(diào)，也采用30倍測量，記錄實測值，比較兩者測量結(jié)果，測量值滿足公差要求則進(jìn)行批量加工。批量零件采用30倍小型工具顯微鏡100%測量。

8. 結(jié)語

采取上述措施和工藝方法，解決了深腔深孔加工無法保證加工質(zhì)量的難題，有效地保證了小孔精度和公差要求。經(jīng)檢驗，各項指標(biāo)均滿足圖樣要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸宏鈞.實用機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 楊叔之.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3] 王先逵.機械制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化工工業(yè)出版社，2007.

[5] 李益民.機械制造工藝設(shè)計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.

收稿日期：（20150112）