高精度細深孔的鏜孔加工工藝分析

摘 要：本文研究內容為回轉類液壓零件高精度細深孔的鏜孔加工工藝。首先利用正交實驗對刀具所需的幾何參數和工件材料的切削參數進行優化分析，從而得出一組最佳的參數，作為工藝試驗及刀具選擇的基礎。其次，利用有限元分析，合理選擇刀桿材料及刀具材料，得出剛性及抗振性最好的刀桿形狀設計。

關鍵詞：細深孔；正交試驗；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.014

小深孔精加工又稱為深孔的二次加工。在鉆孔或擴孔之后，如果達不到規定的精度或粗糙度要求，就需要采用深孔精加工技術對孔進行二次加工或者更多次數的加工。但由于二次加工仍然是在孔的封閉內腔中進行的，加之受工件長度、零件結構、孔徑尺寸、工件剛度和刀桿剛度等因素的影響，所以小深孔二次加工的難度仍然遠高于淺孔的精加工。

1 國內小深孔精密加工所采用的常用方法

目前國內小深孔精密加工所采用的常用方法主要包括研磨加工、珩磨加工等。我們把使用研具和游離的磨料進行微細加工的工藝方法叫研磨加工，利用工件和研具之間的相對平動和回轉運動時，使游離的磨料進行微細的切削加工。該方法可獲得很高的尺寸精度、形狀精度、位置精度和較低的表面粗糙度。但該方法具有效率低，勞動強度大的缺點，且在加工過程中容易在孔的兩端產生研磨喇叭口；研磨中使用的研磨膏常常難于清洗干凈，清潔度經常超過標準。

珩磨是從磨削發展起來的精整加工手段，可以使加工表面的幾何精度、形狀公差、表面粗糙度都得到極大改善。我們把以固結磨粒壓力進行切削的光整加工方法叫珩磨加工。加工時把一般工件固定，珩桿相對于工件作回轉和往復運動，在徑向珩桿可脹縮壓緊工件。可加工的范圍為直徑1～1200mm，孔長1200mm，加工精度可以到0.1μm，最高表面粗糙度可達Ra0.01μm。珩磨所使用的設備，可以是專業設備，也可以是車床、鉆床或鏜床等普通機床設備的改裝。

2 國外小深孔精密加工所采用的常用方法

對于國外來說，從20 世紀70 年代起，美國的零部件制造商開始采用內孔磨削的方法，用漲縮式珩磨加工閥孔，采用珩磨工藝與原有工藝相比較，加工質量有較大提高，生產效率有了大幅度提高。但是，傳統的珩磨加工有產生喇叭口，孔徑尺寸較難控制等問題。此外，國外的Single pass 精密孔加工技術，也稱整體式珩磨技術，具有更高的加工精度，更短的加工時間，更少的操作技能以及更低的加工成本，是未來精密深孔加工技術的一個重要發展方向。

3 高精度細深孔的鏜孔加工工藝分析

以專業液壓件生產企業中汽車起重機五聯手動比例閥分配閥閥桿內孔為例進行高精度細深孔的鏜孔加工工藝分析。

3.1 閥桿高精度細深孔工藝缺陷

閥桿高精度細深孔工藝為先鉆各內孔，粗精鏜內孔各留珩磨量0.01-0.02mm最后粗精珩磨各孔各至尺寸。該閥桿內孔加工工藝從理論上是加工細深孔是可行的，但在實際加工中確存在這樣的缺陷。首先，產品內孔的形位公差及粗糙度要求很高，保證精度可在最后一道工序采用珩磨工藝，它基本由珩磨工具來保證。那么我們主要考慮他的前道工序即可。根據圖紙對零件的要求，如果要達到珩磨后的表面粗糙度為0.4um，公差為0.008mm，需要保證珩磨前道工序在加工后它的表面粗糙度為0.16～0.08um，珩磨余量為0.05～0.1mm，如采用鉆絞工藝，由于鉆孔工藝其表面粗糙度較低，致使鉸孔后，孔的表面粗糙度達不到要求，使珩磨精度達不到圖紙標準，所以使用鉆絞工藝精度不行。精鏜工藝，從理論上來講完全可以達到工藝要求，但在實際加工中，孔太小、又深，鏜刀一般采用焊接刀具，刀桿細長，剛性不好，刀具易磨損，材質熱處理后又硬，加工出的孔有振紋，尺寸不穩定，易出現大小頭，預留珩磨量不確定，致使孔的珩磨效果不佳，加工經濟性不高。其次，閥桿內孔的尺寸精度要求高，雖然最后尺寸由珩磨保證，但如果精鏜后的珩磨余量尺寸不穩定，則影響珩磨效果，這時需要精確的測量和采用刀具補償的方法來確定尺寸精度。

3.2 閥桿高精度細深孔工藝改進措施

根據閥桿高精度細深孔工藝的缺陷，可從以下幾方面進行改進：

（1）為了保證精鏜后的表面粗糙度，提高閥桿的加工經濟性，可考慮，在原有工藝基礎上，通過正交實驗，選擇一組最優的刀具幾何參數和金屬材料的切削參數，以保證精鏜后的表面粗糙度和刀具耐用度。通過對細深孔的工藝分析，細深孔的加工主要保證孔的尺寸精度，幾何形狀精度，表面粗糙度 ，同時要使刀具具有一定的耐用度。幾何原因，塑性變形，和機械加工振動三方面的因素是表面粗糙度主要形成因素。而幾何原因是其主要表現形式，它就是保證零件的表面精度、保證刀具的硬度、耐磨性和經濟型的刀具幾何參數。既是刀尖圓弧半徑R、主偏角、副偏角。而刀具的耐用度跟切削速度，進給量，被吃刀量有關。而切削速度隊刀具耐用度影響最大。所以要想獲得細深孔的表面粗糙度 ，同時要使刀具具有一定的耐用度使用正交實驗是可行的。

（2）為了保證精鏜后尺寸精度的穩定性，可通過有限元分析，設計剛性高的刀桿，減小刀桿振動；同時選擇合適的刀具材料來提高刀具的耐磨性。刀桿除了材料要求具有較好的剛性外，刀桿的外形也對剛性有較大的影響。所以設計具有剛性高和抗震動小的刀桿形狀對閥桿的加工精度和刀桿的耐用度有較大的提高。驗證刀桿的剛度可采用有限元分析，而刀桿的剛度與切削力有很大的關系。

經過以上分析可知，高精度細深孔首先利用正交實驗對刀具所需的幾何參數和工件材料的切削參數進行優化分析，從而得出一組最佳的參數，作為工藝試驗及刀具選擇的基礎。其次，利用有限元分析，合理選擇刀桿材料及刀具材料，得出剛性及抗振性最好的刀桿形狀設計，從而達到細深孔的高精度要求。

4 結束語

本文主要研究回轉類液壓零件高精度細深孔的鏜孔加工工藝。其工藝方法主要是通過一個實驗即正交實驗來優化刀具幾何參數和工件材料的切削工藝參數。一個分析即有限元分析來設計出剛性及加工穩定性高的刀桿。通過數控機床來實現鏜孔加工。

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