槍鉆加工質量控制方法研究理論

高妮萍

（陜西國防工業職業技術學院，西安 710300）

1 研究及技術方案

通過分析槍鉆加工過程，在實驗中調節鉆削速度、加工孔徑，進給量以及冷卻液壓力、流速，從而改變切削力和切削熱，之后采集相關實驗數據，針對切削力變化及切削熱變化對深孔加工孔徑的影響作出總結偏，建立槍鉆受力模型及熱力學模型，進行槍鉆結構對所加工孔的孔徑偏差以及孔表面質量分析。

2 實驗研究存在問題

在實驗過程中，發現因槍鉆鉆桿過長，導致其強度、剛度和排屑性能較差。在加工過程中，隨著孔的不斷深入，切屑易發生堵塞，切削液難以進入，再加上槍鉆受熱，導致排屑不通暢，從而造成鉆頭和鉆桿發生振動，鉆頭磨損度增加。在槍鉆深孔加工過程中，因為屬于外排屑，切削與孔壁會發生摩擦，切屑與孔壁之間有熱交換，因此在建立深孔槍鉆切削熱傳導模型時，應考慮這部分因素。此外，由于在加工過程存在排屑不利情況，可能造成切屑與孔壁之間摩擦力增大，切削合力變化更加復雜，導致切屑溫度增高，為保證后續工序能夠順利進行，必須保證鉆桿具有足夠的強度和剛性，具體做法就是保證鉆桿橫截面積按最佳形態進行分布，且增加尺寸，保證槍鉆模型在后期的受力中，集中應力分布均勻，不會出現鉆桿因受力過大產生形變或斷裂的情況。

3 實驗采取手段

本文基于DEFORM-3D的有限元仿真分析法，提出一種新型研究方案，對深孔槍鉆在加工過程中受切削力及切削熱的影響情況進行分析。該研究方案基于槍鉆數字化三維模型，以鉆桿和切削液為基礎構建鉆桿系統數學模型，并設置工件的材料類型、進行網格劃分和邊界條件設定，試驗選取不同的參數動態模擬鉆削加工過程，利用DEFORM-3D軟件進行后期處理，整理計算結果，將兩組參數產生的切削力、切削溫度和刀具磨損情況進行統計，并運用理論力學，彈塑性變形、熱傳導學學等理論知識，對金屬切削過程進行仿真分析。

根據不同參數，分析結果分為為兩種情況，第一種是模擬切屑的形成過程，針對切屑的大小、形狀、連續性及成形原理等方面進行分析研究；第二種是對切削加工過程進行模擬仿真，這類研究則是分析金屬切削過程中的工件和刀具內部的受力變化、切削溫度分布及傳導過程等情況，并對切削力的大小進行分析研究。采用有限元分析方法，并借助Deform 3D分析軟件，對鉆削加工切削力變化規律和鉆削熱傳導過程進行分析，得出定性結論。此外通過分析影響槍鉆加工質量的因素，優化各項參數，提高深孔加工質量。

4 實驗研究步驟

首先，基于金屬切削原理與刀具中的深孔加工技術及使用方法，分析深孔鉆削加工的特點，確定加工需的切削量、進給量、切削液要求、外排屑量以及冷卻方式。

其次，在理論的支撐下，建立槍鉆切削力數學模型，將槍鉆等效為簡支梁，利用閉口薄壁梁的變形知識，推導鉆桿所受切削力的力學模型，并校核鉆桿的強度和剛度。

再次，基于UG軟件建立槍鉆的鉆頭、鉆桿和鉆柄的三維實體模型，并裝配槍鉆，建立工藝系統實體模型，其中包括槍鉆系統切削力模型和切削熱動態模型，通過相關模型，研究鉆桿、切削熱作用對深孔鉆桿振動的影響效果，并對鉆削加工溫度場分布情況及深孔壁的受熱變形過程進行分析，優化工藝參數保證加工質量。

最后，利用有限元技術和數據處理方法對深孔加工的變形和質量控制進行定量分析研究。傳統鉆削加工過程中，很多加工方案多憑經驗而定，很難實現工藝方案優化目標，利用有限元技術和數據處理方法對深孔加工的變形和質量控制進行定量分析，可以更加清晰的發現深孔槍鉆鉆削實驗測量數據與有限元仿真優化后的結果關系，確定方案的可行性。

5 結語

通過研究切削力及切削熱對孔加工質量的影響，可以得知優化加工參數，既能保證槍鉆具備良好切削的狀態，又可以延長刀具壽命，提升深孔加工精度減少，低粗糙度的零件，提高加工質量。本文提出的質量控制方案，增加了深孔加工設備的使用功能，并解決了槍鉆加工中的實際問題，希望通過UG和Deform-3D軟件，能夠對加工過程進行更加系統的仿真模擬，完成加工質量控制目標，提高產品加工進度，最大限度地提高深孔加工表面質量及生產效率。