一種硬鋁合金深孔薄壁零件加工方法研究

張博林，李毅，姜忠平

（航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441003）

0 引言

某深孔零件的材料為7075-T6，屬于硬鋁合金，如圖1所示，由于零件結構上的要求，內孔長徑比大于15倍。同時，由于零件最小單邊壁厚約為2.84 mm，屬于典型的深孔薄壁零件，在加工過程中，存在工藝系統剛性較差、散熱較難、排屑空間小，容易產生加工變形等問題，導致加工質量不穩定。根據以上情況，針對該零件在加工過程中存在的難點進行了分析，優化了加工過程，從內孔加工方法、加工刀具、切削參數、粗精加工余量以及外形加工等方面重新制定了加工方案，提出了一種采用深孔鉆削和拉鏜拉鉸的方法加工內孔，然后以內孔為定位基準加工外形，最后珩磨內孔至最終尺寸的思路，該方法不僅保證了零件的加工質量，而且提高了加工效率，非常有利于零件的批量生產。

圖1 某7075-T6深孔零件

1 加工分析

2 深孔加工

2.1 深孔加工方法

通常，將孔深超過孔徑尺寸5倍以上的圓柱孔稱為深孔。在加工過程中，由于深孔處于封閉或半封閉狀態，也就決定了深孔加工具有切削散熱困難、排屑困難、系統剛性較差等加工特點[1]。常用的深孔加工方法有槍鉆、深孔鉆、推鏜推鉸和拉鏜拉鉸4種。槍鉆加工是在槍鉆專用機床上通過槍鉆來實現，槍鉆由鉆柄、鉆桿、鉆頭組成，在加工過程中，切削液由槍鉆尾部注入，流經鉆桿中間部分，經過鉆頭頭部小孔到達切削區，進行冷卻潤滑，切屑從鉆頭和鉆桿的V形槽中排出。深孔鉆在加工過程中，切削液通過鉆桿外圓與零件孔壁之間的空隙，到達切削部分，進行冷卻潤滑，同時將切屑從刀桿內部排出至機床后部的集屑裝置。推鏜推鉸在加工過程中，刀桿始終處于受壓狀態，對內孔加工精度有一定的影響，通常適用于精度要求不高的深孔加工。拉鏜拉鉸在加工過程中，刀桿始終處于受拉狀態，不易產生彎曲變形，適用于精度要求較高的深孔加工。

2.2 7075-T6深孔加工

2.2.1 深孔鉆削

根據該零件的結構特點，由于內孔的長徑比大于15倍，無法直接一次裝夾采用普通的麻花鉆進行鉆孔，可以采用能夠進行內排屑的深孔鉆進行鉆孔，如圖2所示，它由切削刃、鉆尖、導向塊、排屑孔等組成。在專用深孔鉆鏜床上進行鉆削時，切削液通過授油器經過刀桿外圓與零件孔壁的空隙，到達切削加工區，起到冷卻、潤滑作用，同時，將切屑從刀具內孔及與之相連的刀桿中排出。

圖2 深孔鉆

在深孔鉆削加工前，必須在零件外圓的一端車削出與機床反頂錐盤相匹配的30°±30′倒角，如圖3所示，起頂緊、密封作用。在加工過程中，刀具與刀桿通過方牙螺紋進行連接。根據材料特性、零件結構特點及加工余量，可以先采用φ34深孔鉆在零件中心鉆φ34通孔，去除大余量，再在零件一端車兩個引導孔，在零件另一端車長1 mm的30°±30′倒角，然后拉鏜拉鉸內孔至φ39，以校正深孔鉆在鉆孔過程中產生的偏斜。

圖3 車倒角

2.2.2 拉鏜拉鉸

對于7075-T6硬鋁合金深孔薄壁零件，根據結構特點及加工要求，可以采用一次裝夾多次走刀的方法加工內孔。如果采用推鏜推鉸的加工方法，在加工過程中，刀桿一端受到向前的推力作用，另一端受到切削零件的反向作用力，容易產生一定的彎曲變形，對內孔加工精度有一定的影響。采用拉鏜拉鉸的加工方法，在加工過程中，刀桿一端受到向后的拉力作用，另一端受到切削零件產生的反向作用力，刀桿始終處于受拉狀態，不易產生彎曲變形，非常有利于保證內孔尺寸精度及直線度。在加工內孔前，必須在零件外圓一端車削精度要求較高的引導孔，引導刀具進行初始階段的內孔加工。同時，在零件外圓的另一端必須車削出與機床反頂錐盤相匹配的30°±30′倒角，起到頂緊、密封作用，如圖4所示。

圖4 倒角及引導孔

圖5 六齒深孔加工刀具

由于深孔加工刀具頭部有倒角，在加工出來的內孔根部也會形成與刀具角度一致的倒角，如圖6所示，因此可以在內孔直徑加工到尺寸后，以內孔為定位基準，采用車削的加工方法，外圓見光，然后，以外圓為定位基準，平左端面，將內孔φ39鏜至φ40，接著從φ40孔進入，車掉內孔根部倒角，直徑方向尺寸控制在內孔尺寸的上偏差，長度方向位置尺寸距左端面20 mm，長度為30 mm，最后平另一端面，保證內孔深度960 mm及零件總長。此外，在內孔加工完成后，刀具在進行退刀的過程中，內孔表面會產生因刀具退刀而造成的劃痕，因此內孔需要進行珩磨。

圖6 內孔

同時，在該零件內孔加工過程中，必須進行充分的冷卻潤滑，對于材料為7075-T6硬鋁合金，在深孔鉆削和拉鏜拉鉸過程中，采用專用深孔極壓切削油，可以起到良好的清洗、冷卻和潤滑作用，有效降低切削區域的加工溫度，保證零件內孔的加工質量。

3 外形加工

對于該零件，由于零件總長為980 mm，為了保證零件加工剛性，在加工過程中，必須通過中心架在零件外圓中間部分進行支撐[2]，采用硬質合金刀片分粗、精加工進行車削，在粗加工時，用70°車刀車外圓，主軸轉速為380 r/min，進給量為0.2 mm/r，每刀切削深度為1.0～1.5 mm；在精加工時，用30°車刀車外圓，主軸轉速為520 r/min，進給量為0.1 mm/r，切削深度為0.10～0.25 mm。在車削外螺紋M60×1.5-6g和M58×1.5-6g時，可以采用與螺紋螺距1.5 mm相對應的硬質合金螺紋刀片進行車削。

4 珩磨內孔

4.1 珩磨頭

珩磨[3]是一種低速、精密加工方法，利用鑲嵌在珩磨頭上的珩磨油石，在一定壓力作用下做徑向擴張運動，使油石與零件被加工表面進行接觸，從而形成交叉而不相重復的網紋，具有加工精度高、表面質量好、切削效率高等特點。在珩磨加工過程中，按運動形式可以分為兩種：一種是珩磨頭在機床主軸的帶動下，一方面做旋轉運動和軸向往復運動，另一方面做徑向擴張運動，零件不旋轉；另一種是零件在機床主軸的帶動下做旋轉運動，珩磨頭不旋轉，只做軸向往復運動和徑向擴張運動。珩磨根據機床主軸結構的形式，又分為立式珩磨和臥式珩磨。由于立式珩磨的珩磨頭處于下垂狀態，在珩磨過程中，磨削下來的切屑很容易被切削液帶走，所以具有珩磨精度高、占地面積小、便于操作等特點。珩磨頭主要由油石、磨頭體、油石座、導向條、彈簧、錐體脹芯等組成，如圖7所示。除了珩磨小孔用的專用珩磨頭，磨頭與聯接桿做成一體，對于珩磨尺寸較大的孔，磨頭和聯接桿都分開制造。根據珩磨頭與主軸的聯結形式，可以分為浮動聯結、半浮動聯結和剛性聯結，由于浮動聯結在聯接桿的上下端分別使用萬向接頭聯結，可以使珩磨頭在珩磨過程中始終處于自由狀態，以部分消除主軸中心對工作臺垂直度以及零件內孔同軸度等影響，確保珩磨油石在孔內能夠穩定地加工，因此浮動聯結是常用的聯接形式。

在珩磨頭中，珩磨油石磨料的選擇至關重要，直接影響著珩磨加工的表面質量和加工效率[4]。在選擇珩磨油石時，應根據被加工材料的特性以及零件的結構、技術要求等綜合考慮。此外，珩磨油石粒度的粗細直接影響著加工表面粗糙度及生產效率，在滿足零件表面粗糙度的情況下，應選擇粒度粗一些的珩磨油石，可以提高珩磨加工效率。目前，常用的珩磨油石有白剛玉、單晶剛玉、綠色碳化硅、人造金剛石、立方氮化硼等。

4.2 珩磨內孔

5 結語

一種硬鋁合金深孔薄壁零件加工方法研究通過分析某材料為7075-T6硬鋁合金的深孔薄壁零件加工難點的基礎上，提出了在專用深孔鉆鏜床上采用深孔鉆鉆削內孔，再用六齒深孔加工刀具一次裝夾拉鏜拉鉸內孔，然后以內孔作為定位基準加工外形，最后在臥式珩磨機上采用綠色碳化硅的油石珩磨內孔至最終要求的方法，該方法不僅能夠保證零件的加工精度要求，還可以為類似零件的加工提供借鑒與參考。