關于深孔加工工藝的探討

【摘要】深孔加工一直是孔加工中的難點，由于深孔是半封閉式切削加工，不能直接觀察成孔的過程和內(nèi)部狀況，所以必須對其工藝進行合理選擇與設計。隨著機械行業(yè)的高速發(fā)展，需要深孔加工的產(chǎn)品數(shù)量越來越多，如何保證深孔加工的質(zhì)量已成為當前迫在眉睫的課題。

【關鍵詞】深孔加工；加工工藝；加工設備

1.前言

深孔一般是指孔深L與直徑D之比≥5的孔，隨著機械行業(yè)的高速發(fā)展，需要深孔加工的產(chǎn)品數(shù)量越來越多。但深孔加工是半封閉式切削加工，不能直接觀察成孔的過程和內(nèi)部狀況，如果按傳統(tǒng)的加工方法不僅加工精度和表面粗糙度難以保證，加工效率低、操作勞動強度大，還有會出現(xiàn)鉆孔跑偏、堵屑甚至鉆頭折斷等問題。因此深孔加工一直是孔加工中的難點，如何解決深孔加工的問題已成為當前迫在眉睫的課題。

2.深孔加工的特點

深孔加工因為孔的深度大直徑小，因此工藝特征也較其他普通孔有所差異，主要表現(xiàn)在：

（1）加工難度：深孔加工的過程多數(shù)都是在半封閉和全封閉的工況，鉆孔時不能直接觀察刀具的切削狀況，只能憑借聲音、振動、切屑及儀表等外觀特征來判斷加工是否正常。

（2）加工精度：由于深孔的長徑比大，鉆桿細長，剛性也就低。容易出現(xiàn)抖動和偏孔的情況，表面精度不易保證，因此支撐和導向十分重要。

（3）散熱：深孔加工的工況相對封閉，切削熱不易排出，孔內(nèi)溫度易升高而造成鉆頭磨損，必須采用有效的冷卻方式。

（4）排屑：深孔加工因為半徑和孔深比例差異大，因此形成的金屬屑不易排出，容易堵塞而影響加工。對于判斷方面的要求也很高，必須要保證可靠，一旦發(fā)生切屑堵塞，不能得到有效的清除，則會對鉆孔刀具造成嚴重的損壞。

深孔加工的工藝特征不同，選擇的刀具也不一致，在加工中常見的刀具有：扁鉆、麻花鉆、外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆、槍鉆、復合刀具等。

3.深孔的加工工藝

3.1 工藝路線的制定

工藝路線是機加工必要的指導思路，制定深孔加工的工藝路線應從以下幾個方面考慮：

首先，針對加工零件的特征選擇合適的加工方法和刀具，同時還要考慮零件的材料特性，針對其特征再精細設計工藝過程。

其次，需要對加工過程進行段落劃分并進行相應的工藝設計，加工過程通常分為：粗加工、半精加工、精加工、光整加工，針對各個過程選擇合適的技術措施，并以此提高加工效率和質(zhì)量。

第三，設計工藝路線，深孔加工的工藝路線應按照其結構特征和加工方法、設備因素等來設置。

最后，對加工余量進行合理控制，深孔的加工余量與其它孔不同，余量應適當?shù)脑黾印２煌牡毒吆偷毒呓嵌?，其余量也不同，所以在加工中必須按照相應的工藝和質(zhì)量要求來設計余量。

3.2 定位方式的選擇

深孔加工由于加工的復雜性，需要保證定位基準，其中錐面定位和圓定位是兩種主要的定位方式：錐面定位主要應用在回轉體、中小直徑孔、管坯鏜孔等，采用錐面定位必須注意對直線度和余量的保證，須在鉆孔前的端面進行內(nèi)外錐面的處理；圓定位則多用于大直徑深孔的加工，采用圓定位則應在外圓上加工必要的安裝面、定位面和找正面，并保證三者之間是同心圓。非回轉體則需要利用安裝面作為定位基準。

4.冷卻與潤滑

深孔加工因為孔內(nèi)在加工中相對封閉，容易造成溫度急劇升高，因此必須進行降溫處理，同時還應保證切削過程中潤滑效果。深孔加工過程中冷卻潤滑系統(tǒng)平穩(wěn)可靠的發(fā)揮作用，是保證工作效率至關重要的環(huán)節(jié)。冷卻液、潤滑液的合理選擇使用對產(chǎn)品的質(zhì)量、刀具的保護、工作效率都有著重要的意義。另外，冷卻液和潤滑液在深孔加工中不僅起到冷卻潤滑的作用，還可以起到?jīng)_刷、減震、消音的作用。鉆削中因為孔徑小而深度大，加工過程中會產(chǎn)生較大的抗力和阻力，克服這些阻力使得加工順利完成，就會消耗很多的能量，同時切向和徑向的力同時作用在導向塊上，此時孔壁和刀具就會產(chǎn)生摩擦，這些摩擦產(chǎn)生的能量最終轉化為切削熱，這些熱量只能借助于冷卻措施來降低。此外，冷卻液的存在可以讓導向塊和孔壁之間形成一種液壓支撐系統(tǒng)，能夠有效的降低導向塊的摩擦，從而降低摩擦力對功率的消耗，在節(jié)能減排方面也能起到很好的作用。潤滑液和冷卻液在清理切屑時主要是利用壓力和流量來發(fā)揮作用，利用冷卻液將工作區(qū)域的切屑沖刷到加工區(qū)以外，實現(xiàn)清理排屑的效果，保證鉆孔工作順利進行。由于工作區(qū)域和鉆桿內(nèi)部、外部都會充滿油性的液體，能減弱由切削運動和摩擦左右所產(chǎn)生的振動和噪音。

5.切屑處理

深孔加工中因為成孔的空間相對封閉，形成的切屑很難排出，而沉積切屑又會影響加工的過程和質(zhì)量，因此深孔加工的排屑處理一直是比較棘手的環(huán)節(jié)。特別是內(nèi)排屑鉆（又稱環(huán)孔鉆），這種工藝排屑受到空間和環(huán)境的影響，只有有限的環(huán)形區(qū)域可以利用進行排屑，所以排屑工作難度很大。從切削的角度出發(fā)，深孔排屑的問題主要集中在切屑的處理上，如分屑、斷屑、排屑三個連續(xù)的過程。針對不同的材料會形成不同特征的切屑，形狀、寬窄、彎曲程度、尺寸等都會影響排屑效果。由此可見，排屑問題是深孔加工中非常重要的工藝指標。然而深孔加工中排屑通道過長，工作長期處于屬于半封閉的狀態(tài)，切削產(chǎn)生的熱量大，散熱難度也大，因此在深孔成孔工藝中必須考慮冷卻與排屑兩個系統(tǒng)。

例如內(nèi)排屑深孔鉆，其優(yōu)點很多，但最主要的是其具有外冷內(nèi)排屑及自身導向，能夠加工直徑6-80mm范圍內(nèi)的深孔。在鉆孔過程中，工件首先旋轉，鉆頭借助矩形螺紋，與鉆桿實現(xiàn)連接，封油頭在刀架的帶動之下使得導向裝置得以鉆入到工件當中。內(nèi)排屑深孔鉆加工過程中，切屑在鉆桿內(nèi)部實現(xiàn)排除，并不會在孔壁和刀具間發(fā)生摩擦，這樣能夠使得已加工的表面質(zhì)量大大提升。因為內(nèi)排屑鉆的鉆桿外徑比外排屑鉆大，剛性也比后者好，且供給量也得到提高，鉆孔的效率也得到提升。內(nèi)排屑的實質(zhì)就是切削液在壓力作用下，從孔壁和鉆桿的外表面進入切削區(qū)的冷卻和潤滑部分，將前端的切屑沖入到鉆桿內(nèi)部，并向后實現(xiàn)排除。這種方式具有排屑難度低，冷卻和潤滑的效果好，同時在穩(wěn)定鉆桿能力方面也比較好。但是需要在內(nèi)部設置獨立的內(nèi)排屑供液系統(tǒng)、輸油器、封油頭等，加工造價相對較高。

6.深孔加工中應用的設備

深孔加工中應在深孔專用設備上進行加工，主運動時工件的旋轉運動，輔助運動時刀具的軸向進給運動。

機床作為整個加工工藝的核心環(huán)節(jié)，主要由主軸箱、進給箱、刀具夾裝設備、機床主體、中心架、移動式的輔助支架構成。

（1）主軸箱：主軸箱是支撐主軸，并使其實現(xiàn)各種轉速的裝置，主軸右端一般用以安裝卡盤、撥盤等附件，內(nèi)部有錐孔，轉軸多為空心，這樣便于裝夾細長的棒料；

（2）進給箱：進給箱通過絲杠將電機產(chǎn)生的動能傳遞到刀具上，進而將電機的圓周運動轉換為刀具的直線運動；

（3）夾裝裝置：夾裝裝置主要用來夾裝刀桿，通過與螺母連接，經(jīng)絲杠帶動鉆桿進行軸向移動，完成加工進給。

（4）機床床身：床身是機床的基本部件，用以連接各主要部件，并保證各個部件都處在正確的位置。床身上有供刀架和支架移動的導軌，床身下有支撐支架等，保證其固定在地基上，確保整個加工系統(tǒng)的穩(wěn)定。

如果一些工廠的生產(chǎn)設備不能滿足要求，則可采用臥式的車床來取代深孔加工設備。以臥式車床為加工油缸缸套深孔為例，通常采用一夾一支的裝夾方式，一端由四爪單動或其它種類的卡盤夾緊，另一端用中心架實現(xiàn)支承。深孔刀具的夾裝則需要配置專用的刀具架。專用的刀具架安裝在滑板上保證進給。車削工作進行時，車床主軸帶動刀具進行旋轉，滑板則帶動刀具完成加工的進給，進而完成深孔的加工。

此外，采用普通麻花鉆鉆削深孔也比較常見，但采用該方法需注意要盡可能的使用新鉆頭；鉆頭的前刀面或后刀面要磨出分屑槽與卷屑槽，以利于排屑；鉆孔過程中，鉆到一定深度后要及時提出鉆頭排屑，鉆一下，退一下，方便排屑，排屑的時候要及時向孔內(nèi)注入充足的切屑液，減少鉆頭與切屑間的黏結并降低切削溫度。

輸油器也是深孔加工的重要輔助裝置，主要裝在工件和鉆頭相互接觸的位置上。其主要作用就是保證切削液進入到指定位置，使切屑能夠在液壓的推動下順利排除。同時，如果采用內(nèi)排屑方法，需要注意鉆孔的冷卻液易出現(xiàn)滲漏的問題，這就要求輸油器的密封達到一定的標準和要求。輸油器和導向架之間通過密封墊來完成連接，漏油的問題就能得到有效的控制。此外輸油器和鉆桿的接觸面、支承架工件端面之間的密封也采用密封圈來實現(xiàn)，這樣一來能夠有效的避免漏油的問題。

7.結束語

目前，深孔加工相對而言比較困難，技術水平、加工方法和加工設備都必須得到一定的保證，這樣才能在加工中形成良好的工藝效應，從而實現(xiàn)對深孔加工質(zhì)量的有力保障。

參考文獻

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作者簡介：張恩民（1988—），男，江蘇灌云人，工學學士，助理工程師，主要研究方向：機械工藝技術。