干切削技術在深孔加工中的應用研究

喬培平

(陜西工業職業技術學院 機械工程系，陜西 咸陽 712000)

干切削技術在深孔加工中的應用研究

喬培平

(陜西工業職業技術學院 機械工程系，陜西 咸陽 712000)

摘要：深孔干鉆削是干加工工藝中最難的工藝，但通過改進深孔鉆頭的幾何形狀和幾何參數可以解決這一問題。簡述了氣體噴吸鉆的工作原理，介紹了氣體噴吸鉆的組成、材料及結構特點。為確保可靠排屑、減少摩擦，對鉆頭的結構和幾何參數做了適當的改進。詳細介紹了幾何參數選擇時應遵循的原則及具體數值，并與傳統的切削液深孔鉆削進行了對比，為生產中深孔干鉆削參數的優化提供了參考。

關鍵詞：深孔干鉆削；氣體噴吸鉆；幾何參數；可靠排屑

鉆削加工時鉆頭處在半封閉的空間中，鉆削產生的熱量也聚集于此，同時切屑也必須從孔中排出；因此，不使用切削液的干鉆削就顯得更為困難，尤其是深孔干鉆削。深孔加工常用的鉆頭有槍鉆、內排屑深孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等。下述介紹利用普通噴吸鉆的工作原理，以壓縮空氣代替切削液的深孔加工方法，對鉆頭的結構設計和幾何參數的選擇進行了適當的改進，制造工藝較為簡單。

1氣體噴吸鉆工作原理

氣體噴吸鉆工作原理圖如圖1所示，壓縮空氣由進口處進入后，2/3的氣體從內、外管之間通過鉆頭上的小孔進入切削區，另外1/3的氣體從內管后端的斜孔向后排出，由于斜孔很小，氣體流速很快，從而產生噴射效應而形成一個低壓區[1]，使管的后端對切削區有一定的吸力，將切屑很快向后排出。

圖1　氣體噴吸鉆工作原理圖

2氣體噴吸鉆鉆頭結構

氣體噴吸鉆鉆頭的結構示意圖如圖2所示，與普通噴吸鉆刀片的錯齒排列方式不同，氣體噴吸鉆鉆頭刀片的切削刃采用在鉆頭中心線上連續排列的方式。一方面可以有效地減少徑向切削力的不對稱，有利于減少因徑向力而引起的鉆桿偏斜[2]；另一方面有利于制造并增強刀尖的強度，根據直徑大小和鉆頭各部位的切削條件，可以用一到幾片不同牌號的硬質合金刀片焊接在刀體上，通常在鉆頭中心應選擇韌度較好的刀片，如YT5等，而在鉆頭的外緣則可選擇高溫切削性能較好的刀片，如YT15和YW2等。

圖2　氣體噴吸鉆鉆頭的結構示意圖

3氣體噴吸鉆鉆頭幾何參數的選擇

用于深孔加工的鉆頭通常應考慮排屑問題，因此，深孔加工刀具幾何參數的選擇應確保具有特別好的排屑效果。在深孔干鉆削中，刀具幾何參數的優化非常重要，具體選擇原則如下。

1)鉆尖角。由于刀片布置較對稱，徑向力較小，因此，取較適中的120°左右的鉆尖角，這樣可以增大刀片外緣的刀尖角，改善散熱條件，提高鉆頭壽命。

2)前角。因為鉆頭切削刃的各處切削力不同，為保證切削刃的強度和切削效率，靠近鉆頭外緣處可采用8°～15°的前角，而在鉆頭近中心處，為防止崩刃，可采用0°～-5°的前角。為增加切削刃的強度，可用油石在切削刃上修磨出0.05～0.1 mm、0°～-5°的倒棱。

3)后角。為增強鉆頭的強度，后角可適當取得小一些，鉆削鋼材時，后角可取5°～8°。

4)分屑槽。在切削刃上應磨出分屑槽，分屑槽的尺寸取槽寬為1～1.5 mm，槽深0.3～0.5 mm為宜。這樣可減少切屑的寬度，使切屑變形減小，有利于排屑的順暢，2條分屑槽之間切削刃的長度應根據鉆頭排屑孔的大小決定，一般可在5～10 mm之間選擇。

5)斷屑槽。切屑的形狀是關系到深孔加工成敗的關鍵，切屑的形狀以C形為佳。由于斷屑情況取決于工件材料、切削用量和刀具幾何參數等因素，所以斷屑槽參數應通過試驗才能最后確定，在制造時，可先在車刀上進行試驗以獲得更理想的斷屑效果。

此外，氣體噴吸鉆鉆頭刀片的外緣與孔壁接觸處應修磨圓滑，這樣刀片外緣可代替導向塊，降低了制作成本。

要使切屑順利地從內管排出，內管的排氣小孔的加工質量十分重要。孔的軸線與鉆頭的軸線成30°角[3]，角度太大，不利于在管內形成低壓空間和產生噴吸效應，角度太小則加工比較困難。如果內管的管壁較厚，小孔可直接在內管壁上加工，如果管壁較簿，可利用內、外管末端的密封圓環配合加工，直接在密封圓環上加工出斜孔。

當鉆頭直徑較小時，為了盡可能增加內管內徑，可直接在刀體上銑出直槽來代替6個小孔[4]，但此時刀體末端與外管的配合間隙應盡量減小，以減少氣體的泄漏。刀體與外管的聯接應采用多頭方牙螺紋，以便于鉆頭的拆卸。

4結語

與使用切削液的噴吸鉆相比，氣體噴吸鉆的刀片散熱較為困難，因此溫度較高。為此，可在進氣口處增加一個定量泵，并使切削液霧化后進入進氣口，這樣可大副度改善刀片刃口的工作狀況，從而提高切削速度。設計或選擇合理的氣體噴吸鉆幾何參數，可改善切屑形成的狀態，有利于切屑的排出，減少切削熱等。通過合理地選擇鉆削用量(如鉆削速度和進給量)，排屑情況改善可能更方便和更有效，但干鉆削深孔加工出的孔表面質量不如濕式鉆削好。

需要指出的是，氣體噴吸鉆的結構和幾何參數的選擇與刀具材料、被加工工件材料、鉆削用量、機床條件及冷卻方式等因素有關，使用者需經過一定的工藝試驗研究后優選，才能取得適用于生產實際的優化值。

參考文獻

[1] 任家隆,劉志峰,唐文獻.干切削理論與加工技術[M].北京:機械工業出版社,2012.

[2] 沈岷山.深孔加工中干式切削方法的應用[J].工具技術,2002(3):43-45.

[3] 劉志峰.干切削加工技術的發展及應用[J].機械制造,1997(9):26-28.

[4] 吳希讓.用于干切削的新型刀具[J].工具技術,1999(2):38-39.

責任編輯鄭練

Application of Dry Cutting Technology in Deep Hole Machinig

QIAO Peiping

(College of Mechanical Engineering, Shaanxi Industrial Vocational and Technical, Xianyang 712000, China)

Abstract:Deep hole drilling process is the most difficult process to dry machining, but through improving the geometry and geometric parameters of deep hole drill, the problem can be solved. The paper described the working principle of the gas jet drill, introduced the composition, material and structure characteristics of the gas jet drill. To ensure reliable chip, reduce friction, structural and geometrical parameters of the drill, geometry parameters were improved properly. Details of the geometric parameters selection should follow the principles and specific values, compared with the traditional cutting fluid in deep holes drilling. It provided reference for the production of deep hole drilling dry cutting parameters optimization.

Key words:deep dry drilling, gas jet drill, geometric parameters, reliable chip

收稿日期：2014-06-04

作者簡介：喬培平(1975-)，男，講師，本科，主要從事設備控制技術和金屬切削刀具等方面的研究。

中圖分類號：TG 5

文獻標志碼：A