某管型零件深孔加工工藝探索

劉希佳 倪雪婷

1、西安雷通科技有限責任公司2、西北工業集團有限公司

引言

某管型零件外形為Φ22mm×275mm圓管，其內孔直徑為Φ17.9mm±0.05mm、要求加工后內壁光潔度1.6，零件材料為紫銅。由于紫銅材料塑性較好、強度較低，加工時極易變形，且圓孔長度大，光潔度和尺寸要求較為嚴格，因此Φ17.9mm圓孔加工為加工流程中最困難的環節。

在進行加工前，首先對比各種深孔加工方式。主流的深孔加工方式有拉削、鏜孔、慢走絲等。鏜孔的加工效率較高且成本低，但由于此零件長徑比較高，鏜刀刀桿在加工時可能出現彎曲，影響加工精度；慢走絲的精度較高，可滿足加工要求，但成本高且加工效率較低。在對比各種深孔加工方法的基礎上，考慮到拉削加工方式具有加工精度高、表面光潔度易保證、生產率高、適于大批量生產等優點，且圓孔拉刀結構較為簡單，易于生產，因此嘗試使用拉削方式加工內孔。

1 拉刀的工藝參數選擇

根據實際情況，由于零件內孔較小，拉刀直徑受到限制，考慮到如果僅采用一把拉刀進行拉削，切削力在拉刀危險截面形成的應力將會超過拉刀危險截面許用應力，遂決定采用多把直徑依次增大的圓孔拉刀從小到大依次拉削圓孔至尺寸要求的方案，即先使用線切割粗加工圓孔至Φ17.8mm，再使用多把圓孔拉刀依次拉削圓孔至尺寸Φ17.9mm。

1.1 拉刀材料的選擇

刀具材料主要按被加工材料性質以及切削參數確定，所加工材料為紫銅，屬于很容易切削的材料；拉削的切削速度、切削深度都比較低，故決定選取相對容易加工的淬火T8工具鋼作為刀具材料。

1.2 拉刀齒升量選擇

齒升量的大小會影響加工表面質量、拉削力、拉刀耐用度、拉削效率。根據實際情況，由于被加工內孔長度較長、切屑無法在加工時排出，且被加工材料剛度較差，不能承受較大的拉削力，故不宜選擇較大的齒升量，根據實驗，選取單邊齒升量為0.005mm。

1.3 拉刀的結構設計

已確定切削余量為0.1mm，單邊齒升量0.005mm，故需要至少10個切削齒才能完成切削。考慮到拉床為自制拉力機，功率有限，無法承受過多切削齒同時拉削，故每把拉刀上切削齒數不能過多，又由于加工表面的光潔度要求較高，每把拉刀都應當有修光齒用于校準和修光。因此，綜合以上各種因素，決定使用4把直徑依次增大的拉刀拉削圓孔，前三把拉刀每把擁有三個切削刃和一個修光齒，最后一把拉刀擁有一個切削齒和三個修光齒，具體數據如下表所示：

1.4 拉刀前導部、后導部的設計

拉刀的前導部分主要起導向和定心作用，后導部分主要起保持拉刀最后正確位置的作用，對尺寸并無嚴格要求，為區分四把拉刀，將第一把拉刀前導部、后導部長度均設為30mm；第二把拉刀前導部長度設為30mm，后導部長度設為25mm；第三把拉刀前導部長度設為25mm，后導部長度設為30mm；第四把拉刀前導部、后導部長度均設為25mm。

1.5 拉刀前角和后角的選取

拉刀前角主要按被加工材料性質選取。由于所加工材料硬度很低，拉刀前角應選較大前角，本文選擇拉刀的前角γ。=20°。后角的作用主要是減小刀齒后刀面與加工表面摩擦。拉刀后角主要是根據拉刀類型及工件所需的精度確定，也與被加工材料有關，根據實驗，拉刀的耐用度隨后角的增大而增大，切削余量小時應取較大后角，綜合以上因素，確定拉刀為后角α。=6°。

1.6 拉刀齒距選擇

齒距的選擇取決于切削量、切削長度、切削力等，精切齒的齒距P按經驗公式計算

式中，L——拉削長度（mm）；P精——精切齒齒距，根據計算值，P精取接近的標準值（mm）；

根據以上公式，計算齒距的取值范圍是12.4～19.8mm，故確定齒距為15mm。

1.7 容屑槽尺寸的確定

容屑槽深度h按公式計算：

式中，K—容屑系數，l—拉削長度（mm），a—切削厚度（mm）。

由于紫銅韌性極大，拉削時變形大，切屑變厚卷屑不易，故K值應當相對取大些的數值，取K=3，得出h應當大于2.6mm，取h=3mm。

1.8 拉刀分屑槽的設定

由于紫銅為韌性金屬，為減小切屑寬度、便于切屑容納在容屑槽中，每個切削刃分別刻有6個分屑槽，每個分屑槽之間夾角為60°。

1.9 拉刀強度校核

拉刀最大切削力：

式中，F’Z——拉刀切削刃單位長度的拉削力，dm——拉削后孔的公稱直徑，Ze——最大同時工作齒數。

危險截面許用應力：

經計算拉刀強度符合要求（圖1）。

圖1 拉力刀片

2 工件的壓緊工裝設計

在進行拉削實驗時，發現工件在拉削時由于拉削力的作用而出現彎曲和徑向膨脹，為防止工件受切削拉力導致變形，需要設計工裝壓緊工件以防止工件出現變形。由于工件在加工變形只存在于徑向方向，因此工裝只需約束工件的徑向方向變形即可。為方便工件裝夾，工裝設計為兩個形狀相同的夾套緊扣，兩個夾套各有一個直徑與工件外圓相同的半圓形通槽。拉削前需將工件放置于兩夾套之中后，通過螺釘連接兩夾套壓緊工件，以防止工件受切削力而變形（圖2）。使用工裝后再次進行拉削實驗，之前拉削實驗中出現的工件彎曲現象和徑向膨脹現象未再出現，工件外形及內孔尺寸達到設計要求。

圖2 壓緊工裝示意圖及拉刀工作示意圖

3 結語

使用結合工裝拉削圓孔的方法成功解決了深孔零件的內孔加工難題（圖3）。這種方法不僅操作簡單、成品率高，且由于拉刀形狀較為規則，所選材料T8工具鋼較其他刀具材料更容易加工，其刀具制作成本也較低。由此可見，以這種方法加工長圓孔是一種高效低耗的加工工藝方案。

圖3 拉削工件現場