薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究

駱新?tīng)I(yíng) 王 威 朱志強(qiáng) 李春雷 艾 敏 李 騰

薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究

駱新?tīng)I(yíng)1王 威1朱志強(qiáng)2李春雷1艾 敏1李 騰1

（1. 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，長(zhǎng)治 046012；2. 火箭軍駐某軍事代表室，長(zhǎng)治 046012）

針對(duì)通用加工技術(shù)的不足，通過(guò)工藝性分析，采取加工中心定心找正、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔、超聲滾壓光整加工孔壁等工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了薄壁半盲及全盲小型深孔機(jī)械構(gòu)件內(nèi)孔的有效加工，對(duì)機(jī)械加工領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)元件的小孔徑、大長(zhǎng)徑比、薄壁、半盲及全盲內(nèi)孔的無(wú)變形、穩(wěn)態(tài)加工起到了指導(dǎo)作用。

薄壁半盲及全盲筒體；小型深孔筒體；內(nèi)壁加工；工藝

1 引言

圖1 典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體1結(jié)構(gòu)

圖2 典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體2結(jié)構(gòu)

典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)（內(nèi)圓外方）見(jiàn)圖1、圖2。

薄壁半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)的通用機(jī)械加工技術(shù)工藝路線為“深孔鉆削+鉸削+研磨”。但通用機(jī)械加工技術(shù)存在如下不足：

a. 底孔加工精度不夠

深孔鉆削用于加工底孔，其加工的尺寸精度≤0.2mm、孔口易加工大、孔底易加工漂移（漂移量≤3mm），這些因素的綜合導(dǎo)致深孔鉆削精度不足[1]，底孔加工精度不夠，給后續(xù)加工帶來(lái)很多困難。

b. 孔壁易劃傷

鉸削用于內(nèi)孔的精加工。由于半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)，使得常規(guī)鉸削排屑不暢，容易導(dǎo)致孔壁被切屑劃傷、擠傷。

c. 研磨加工缺陷很多

研磨加工具有研磨表面會(huì)形成硬質(zhì)鑲嵌層，研磨表面一般不能形成磨削網(wǎng)紋，加工一致性差，難以保證半盲及全盲孔底表面粗糙度，研大孔口，不能修正位置公差等缺陷。

d. 薄壁易變形

薄壁半盲小型深孔筒體的壁薄（最薄處僅1mm），結(jié)構(gòu)的靜剛度不足，在鉆削、鉸削、研磨等機(jī)械加工過(guò)程中，受切削、擠壓等作用導(dǎo)致孔壁變形[2～5]。薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工成型很困難。

2 技術(shù)分析

典型薄壁筒體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 半盲及全盲小型深孔筒體結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表1可知，內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，每組加工要素要求均很高，需要精加工。

根據(jù)以上圖表分析，該結(jié)構(gòu)的加工難點(diǎn)主要有2處：

a. 由于內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑尺寸較小，12H9的公差0.043mm、20H9mm的公差0.052mm較小，形狀公差圓柱度0.01mm，孔壁1mm，因而加工很難保證尺寸公差、形狀公差及孔壁變形。

b. 由于內(nèi)孔為薄壁半盲小型深孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔粗糙度a0.8μm等級(jí)要求高，在半盲小型深孔結(jié)構(gòu)排屑不良的條件下，很難保證表面粗糙度等級(jí)。

3 實(shí)施方案

針對(duì)背景技術(shù)的缺陷，采取加工中心定心找正、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔、非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔、超聲滾壓光整加工孔壁的復(fù)合加工措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁有效加工的目的?；谝陨霞夹g(shù)分析及思路，設(shè)計(jì)技術(shù)方案的工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工流程

3.1 加工中心定心找正

a. 選取加工薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的加工中心，其主軸的徑向和軸向跳動(dòng)量≤0.01mm；

b. 采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動(dòng)量≤0.01mm。

3.2 非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆加工底孔

a. 銑上端面；

b. 采用短底孔鉆，加工深30mm的導(dǎo)向孔，切削速度(50±2)m/min，進(jìn)給量(200±10)mm/min；

c. 采用非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷加長(zhǎng)底孔鉆鉆削加工底孔：反轉(zhuǎn)慢下至深20mm處。加長(zhǎng)鉆在導(dǎo)向的情況下慢速進(jìn)入底孔待加工部位，防止孔口、孔壁微小毛刺對(duì)加長(zhǎng)鉆產(chǎn)生過(guò)大徑向力而使其折斷；開(kāi)內(nèi)冷卻，加工至距孔底8～10mm處，切削速度(50±2)m/min，進(jìn)給量(200±10)mm/min；開(kāi)內(nèi)冷卻，改變切削速度加工至孔底，切削速度(38±2)m/min，進(jìn)給量120～130mm/min?？椎着判疾粫?，使得切屑擠壓在孔壁、加長(zhǎng)鉆之間，使加長(zhǎng)鉆折斷。

d. 采用非標(biāo)硬質(zhì)合金加長(zhǎng)底孔锪鉆锪削加工底孔：加工至距孔底8～10mm處，切削速度(50±2)m/min，進(jìn)給量(200±10)mm/min；改變切削速度加工至孔底，切削速度(38±2)m/min，進(jìn)給量120～130mm/min。原因同上。

3.3 非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀加工成孔

采用非標(biāo)硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉸刀[9]，開(kāi)內(nèi)冷卻，加工至孔底，切削速度15～20m/min，進(jìn)給量60～80mm/min。

3.4 下端面加工

a. 將工件松開(kāi)并翻轉(zhuǎn)，采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動(dòng)量≤0.01mm；

b. 銑下端面，制成下端內(nèi)孔；

c. 車(chē)成倒退槽。

3.5 超聲滾壓光整加工孔壁

a. 在車(chē)床上，采用自定心三爪緊固工件，以工件外圓為基準(zhǔn)找正，保證徑向跳動(dòng)量≤0.01mm；

b. 采用非標(biāo)超聲滾壓設(shè)備及刀具見(jiàn)圖4、圖5，光整加工成內(nèi)孔。切削速度15～20m/min，進(jìn)給量24～36mm/min，工作頻率23～25kHz，輸出功率200～300W（一般超聲滾壓使工件徑向尺寸增加量為0.005～0.01mm）。

圖4 超聲滾壓刀具

圖5 超聲滾壓加工

4 實(shí)施效果

4.1 加工結(jié)果對(duì)比

典型薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工結(jié)果見(jiàn)表2，筒體1、筒體2加工后情況見(jiàn)圖6。

表2 半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工效果

圖6 超聲滾壓加工后內(nèi)孔

4.2 內(nèi)孔加工形貌

筒體1、筒體2內(nèi)孔采用內(nèi)窺鏡檢測(cè)鉸削后孔內(nèi)壁螺旋切痕很明顯，孔底部較粗糙。

筒體1、筒體2內(nèi)孔采用內(nèi)窺鏡檢測(cè)超聲滾壓加工，超聲滾壓加工后孔內(nèi)壁很光滑，孔底部也很光滑。

4.3 效果統(tǒng)計(jì)

綜上所述，經(jīng)采用薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工方法取得了以下效果：

a. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的定心、高精度加工，有效保證了內(nèi)孔的尺寸公差、形狀公差（圓柱度≤0.01mm）、位置公差；

b. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的無(wú)變形穩(wěn)態(tài)加工；

c. 薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的高表面粗糙度等級(jí)（表面粗糙度≤a0.8μm）。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁加工技術(shù)研究，分析了通用加工技術(shù)的不足，解決了該類(lèi)結(jié)構(gòu)難以加工問(wèn)題，并得出以下結(jié)論：

a. 強(qiáng)制定心內(nèi)冷卻全盲小型深孔成形加工工藝，可精確保證薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的尺寸公差、形狀公差、位置公差，解決內(nèi)孔加工中心易漂移及成形精度不足問(wèn)題；

b. 徑向小載荷薄壁全盲小型深孔光整加工工藝，可實(shí)現(xiàn)薄壁半盲及全盲小型深孔筒體內(nèi)壁的無(wú)變形穩(wěn)態(tài)加工，解決在孔壁靜剛度差的條件下其孔壁表面粗糙度等級(jí)難以保證問(wèn)題。

在以上措施的綜合作用下，實(shí)現(xiàn)了薄壁半盲及全盲小型深孔機(jī)械構(gòu)件內(nèi)孔的有效加工。本技術(shù)適用于薄壁半盲及全盲小型深孔機(jī)械構(gòu)件內(nèi)孔（≤50mm，長(zhǎng)度與直徑比/（長(zhǎng)徑比）>5，內(nèi)徑與壁厚之比/≥16）的加工。

1 孟曉華，于大國(guó). 深孔加工孔軸線偏斜的分析與研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014(1)：140～143

2 郭維斌. 薄壁超長(zhǎng)液壓缸筒的加工[J]．制造·材料，2000，38(428)：40～41

3 陳平，鄭貞平. 薄壁缸體零件加工工藝和夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的研究[J]．無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，7(5)：45～47

4 胡增榮. 淺論薄壁液壓缸筒精加工夾緊變形問(wèn)題[J]．精密制造與自動(dòng)化，2010(3)：53～55

5 梁齊，孫麗萍，王友義，等．深孔薄壁筒加工工藝設(shè)計(jì)[J]．新技術(shù)新工，2010(1)：19～20

6 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

7 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991

8 李義軍，馬琳. 金屬材料手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，2000

9 梅沢三造，菅野成行. 硬質(zhì)合金刀具常識(shí)及使用方法[M]．王洪波，戎圭明譯．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

Research on Inner Wall Machining Technology to Thin-wall Tube with Blind and Semi-blind Small Deep Hole

Luo Xinying1Wang Wei1Zhu Zhiqiang2Li Chunlei1Ai Min1Li Teng1

(1. Shanxi Aerospace Qinghua Equipment Co., Ltd., Changzhi 046012；2. Representative Office of Rocket Force, Changzhi 046012)

Aiming at disadvantages of common machining technology and going through process analysis, it can be fulfilled to achieve effective machining for the mechanical part inner hole as thin-wall tube with blind and semi-blind small deep hole by taking ways of MC alignment and centering, bottom hole machining with cold driller inside the nonstandard hard alloy, hole machining with cold reamer inside the nonstandard hard alloy, hole wall smoothly machining with ultrasonic rolling and so on. In the field of mechanical machining, it plays a guiding role to stable machining without deformation for structural components with small diameter, big length-diameter ratio, thin wall, blind and semi-blind inner hole.

thin-wall blind and semi-blind tube；small deep hole tube；inner wall machining；process

駱新?tīng)I(yíng)（1979），高級(jí)工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；研究方向：機(jī)械制造工藝與設(shè)備。

2020-03-03