高精度細(xì)深孔的鏜孔加工工藝分析

鄒磊

摘 要：本文研究?jī)?nèi)容為回轉(zhuǎn)類(lèi)液壓零件高精度細(xì)深孔的鏜孔加工工藝。首先利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)刀具所需的幾何參數(shù)和工件材料的切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從而得出一組最佳的參數(shù)，作為工藝試驗(yàn)及刀具選擇的基礎(chǔ)。其次，利用有限元分析，合理選擇刀桿材料及刀具材料，得出剛性及抗振性最好的刀桿形狀設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：細(xì)深孔；正交試驗(yàn)；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.014

小深孔精加工又稱(chēng)為深孔的二次加工。在鉆孔或擴(kuò)孔之后，如果達(dá)不到規(guī)定的精度或粗糙度要求，就需要采用深孔精加工技術(shù)對(duì)孔進(jìn)行二次加工或者更多次數(shù)的加工。但由于二次加工仍然是在孔的封閉內(nèi)腔中進(jìn)行的，加之受工件長(zhǎng)度、零件結(jié)構(gòu)、孔徑尺寸、工件剛度和刀桿剛度等因素的影響，所以小深孔二次加工的難度仍然遠(yuǎn)高于淺孔的精加工。

1 國(guó)內(nèi)小深孔精密加工所采用的常用方法

目前國(guó)內(nèi)小深孔精密加工所采用的常用方法主要包括研磨加工、珩磨加工等。我們把使用研具和游離的磨料進(jìn)行微細(xì)加工的工藝方法叫研磨加工，利用工件和研具之間的相對(duì)平動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使游離的磨料進(jìn)行微細(xì)的切削加工。該方法可獲得很高的尺寸精度、形狀精度、位置精度和較低的表面粗糙度。但該方法具有效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，且在加工過(guò)程中容易在孔的兩端產(chǎn)生研磨喇叭口；研磨中使用的研磨膏常常難于清洗干凈，清潔度經(jīng)常超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

珩磨是從磨削發(fā)展起來(lái)的精整加工手段，可以使加工表面的幾何精度、形狀公差、表面粗糙度都得到極大改善。我們把以固結(jié)磨粒壓力進(jìn)行切削的光整加工方法叫珩磨加工。加工時(shí)把一般工件固定，珩桿相對(duì)于工件作回轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在徑向珩桿可脹縮壓緊工件。可加工的范圍為直徑1～1200mm，孔長(zhǎng)1200mm，加工精度可以到0.1μm，最高表面粗糙度可達(dá)Ra0.01μm。珩磨所使用的設(shè)備，可以是專(zhuān)業(yè)設(shè)備，也可以是車(chē)床、鉆床或鏜床等普通機(jī)床設(shè)備的改裝。

2 國(guó)外小深孔精密加工所采用的常用方法

對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，從20 世紀(jì)70 年代起，美國(guó)的零部件制造商開(kāi)始采用內(nèi)孔磨削的方法，用漲縮式珩磨加工閥孔，采用珩磨工藝與原有工藝相比較，加工質(zhì)量有較大提高，生產(chǎn)效率有了大幅度提高。但是，傳統(tǒng)的珩磨加工有產(chǎn)生喇叭口，孔徑尺寸較難控制等問(wèn)題。此外，國(guó)外的Single pass 精密孔加工技術(shù)，也稱(chēng)整體式珩磨技術(shù)，具有更高的加工精度，更短的加工時(shí)間，更少的操作技能以及更低的加工成本，是未來(lái)精密深孔加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

3 高精度細(xì)深孔的鏜孔加工工藝分析

以專(zhuān)業(yè)液壓件生產(chǎn)企業(yè)中汽車(chē)起重機(jī)五聯(lián)手動(dòng)比例閥分配閥閥桿內(nèi)孔為例進(jìn)行高精度細(xì)深孔的鏜孔加工工藝分析。

3.1 閥桿高精度細(xì)深孔工藝缺陷

閥桿高精度細(xì)深孔工藝為先鉆各內(nèi)孔，粗精鏜內(nèi)孔各留珩磨量0.01-0.02mm最后粗精珩磨各孔各至尺寸。該閥桿內(nèi)孔加工工藝從理論上是加工細(xì)深孔是可行的，但在實(shí)際加工中確存在這樣的缺陷。首先，產(chǎn)品內(nèi)孔的形位公差及粗糙度要求很高，保證精度可在最后一道工序采用珩磨工藝，它基本由珩磨工具來(lái)保證。那么我們主要考慮他的前道工序即可。根據(jù)圖紙對(duì)零件的要求，如果要達(dá)到珩磨后的表面粗糙度為0.4um，公差為0.008mm，需要保證珩磨前道工序在加工后它的表面粗糙度為0.16～0.08um，珩磨余量為0.05～0.1mm，如采用鉆絞工藝，由于鉆孔工藝其表面粗糙度較低，致使鉸孔后，孔的表面粗糙度達(dá)不到要求，使珩磨精度達(dá)不到圖紙標(biāo)準(zhǔn)，所以使用鉆絞工藝精度不行。精鏜工藝，從理論上來(lái)講完全可以達(dá)到工藝要求，但在實(shí)際加工中，孔太小、又深，鏜刀一般采用焊接刀具，刀桿細(xì)長(zhǎng)，剛性不好，刀具易磨損，材質(zhì)熱處理后又硬，加工出的孔有振紋，尺寸不穩(wěn)定，易出現(xiàn)大小頭，預(yù)留珩磨量不確定，致使孔的珩磨效果不佳，加工經(jīng)濟(jì)性不高。其次，閥桿內(nèi)孔的尺寸精度要求高，雖然最后尺寸由珩磨保證，但如果精鏜后的珩磨余量尺寸不穩(wěn)定，則影響珩磨效果，這時(shí)需要精確的測(cè)量和采用刀具補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)確定尺寸精度。

3.2 閥桿高精度細(xì)深孔工藝改進(jìn)措施

根據(jù)閥桿高精度細(xì)深孔工藝的缺陷，可從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）為了保證精鏜后的表面粗糙度，提高閥桿的加工經(jīng)濟(jì)性，可考慮，在原有工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，選擇一組最優(yōu)的刀具幾何參數(shù)和金屬材料的切削參數(shù)，以保證精鏜后的表面粗糙度和刀具耐用度。通過(guò)對(duì)細(xì)深孔的工藝分析，細(xì)深孔的加工主要保證孔的尺寸精度，幾何形狀精度，表面粗糙度 ，同時(shí)要使刀具具有一定的耐用度。幾何原因，塑性變形，和機(jī)械加工振動(dòng)三方面的因素是表面粗糙度主要形成因素。而幾何原因是其主要表現(xiàn)形式，它就是保證零件的表面精度、保證刀具的硬度、耐磨性和經(jīng)濟(jì)型的刀具幾何參數(shù)。既是刀尖圓弧半徑R、主偏角、副偏角。而刀具的耐用度跟切削速度，進(jìn)給量，被吃刀量有關(guān)。而切削速度隊(duì)刀具耐用度影響最大。所以要想獲得細(xì)深孔的表面粗糙度 ，同時(shí)要使刀具具有一定的耐用度使用正交實(shí)驗(yàn)是可行的。

（2）為了保證精鏜后尺寸精度的穩(wěn)定性，可通過(guò)有限元分析，設(shè)計(jì)剛性高的刀桿，減小刀桿振動(dòng)；同時(shí)選擇合適的刀具材料來(lái)提高刀具的耐磨性。刀桿除了材料要求具有較好的剛性外，刀桿的外形也對(duì)剛性有較大的影響。所以設(shè)計(jì)具有剛性高和抗震動(dòng)小的刀桿形狀對(duì)閥桿的加工精度和刀桿的耐用度有較大的提高。驗(yàn)證刀桿的剛度可采用有限元分析，而刀桿的剛度與切削力有很大的關(guān)系。

經(jīng)過(guò)以上分析可知，高精度細(xì)深孔首先利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)刀具所需的幾何參數(shù)和工件材料的切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從而得出一組最佳的參數(shù)，作為工藝試驗(yàn)及刀具選擇的基礎(chǔ)。其次，利用有限元分析，合理選擇刀桿材料及刀具材料，得出剛性及抗振性最好的刀桿形狀設(shè)計(jì)，從而達(dá)到細(xì)深孔的高精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究回轉(zhuǎn)類(lèi)液壓零件高精度細(xì)深孔的鏜孔加工工藝。其工藝方法主要是通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)即正交實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化刀具幾何參數(shù)和工件材料的切削工藝參數(shù)。一個(gè)分析即有限元分析來(lái)設(shè)計(jì)出剛性及加工穩(wěn)定性高的刀桿。通過(guò)數(shù)控機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)鏜孔加工。

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