微小深孔數(shù)控高速鉆削加工工藝

徐向陽(yáng) 楊芳紅 李鐵民

(西安電子工程研究所 西安 710100)

微小深孔數(shù)控高速鉆削加工工藝

徐向陽(yáng) 楊芳紅 李鐵民

(西安電子工程研究所 西安 710100)

通過(guò)選用合適刀具、設(shè)備，摸索出最優(yōu)機(jī)械鉆孔工藝參數(shù)，提出了微小深孔數(shù)控高速鉆削加工的新技術(shù)，解決了φ0.3深15mm的微小深孔加工難題。

微小深孔 鉆削加工

0 概述

孔加工分為淺孔加工和深孔加工兩類.一般規(guī)定孔深與孔徑之比大于5的孔稱為深孔。微小深孔通常指直徑小于2mm的深孔[1]。

某毫米波器件材料為H62銅合金，需要加工直徑φ0.3mm深15mm的微小深孔，要求孔偏差小于0.1mm，采用普通機(jī)械鉆孔、激光打孔、電火花小孔機(jī)打孔等方法都沒(méi)成功，成為了該類零件制造的加工瓶頸。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

加工微小孔的工藝方法有很多，如激光束、電子束、離子束和電火花加工等[2]，以及在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、實(shí)用性最強(qiáng)的麻花鉆機(jī)械鉆孔。但是對(duì)于φ0.3mm深15mm的微小深孔，這些方法都難以實(shí)現(xiàn)。

對(duì)銅質(zhì)母材來(lái)講，由于其高的反射特性，采用激光等高能束方法效果不好，需要較高功率，在加工表面常會(huì)有一層再鑄層或熱影響產(chǎn)物，孔越深難度越大，孔尺寸誤差越大。電火花小孔機(jī)加工所用電極為銅電極，加工銅質(zhì)材料電極損耗大，不能完成深孔加工。機(jī)械鉆孔加工微小孔也存在局限性，使用鉆床或數(shù)控機(jī)床加工φ0.5左右孔深度不超過(guò)3mm～4mm，孔過(guò)深將會(huì)出現(xiàn)孔加工偏或鉆頭斷裂的情況，導(dǎo)致零件報(bào)廢。各種加工方法加工范圍見(jiàn)表1所示：

2 工藝技術(shù)攻關(guān)

選用材料為H62銅合金的母材作為研究對(duì)象，銅塊厚度15mm，要求加工φ0.3mm的通孔。根據(jù)零件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)因素，確定采用機(jī)械鉆孔方案，設(shè)備選用 TC-S2Z高速鉆攻中心。主要從刀具選擇、刀柄和夾具優(yōu)化、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)等幾方面開(kāi)展工藝研究，實(shí)現(xiàn)深小孔的加工。

2.1 刀具選擇

對(duì)微小深孔的加工，普通材質(zhì)鉆頭易斷且有效刃長(zhǎng)不夠，為此特別定制了帶涂層的硬質(zhì)合金高強(qiáng)度通徑鉆頭，直徑φ0.4mm，刃長(zhǎng)20mm，全長(zhǎng)45mm，如圖1所示。

表1 孔的各種加工方法對(duì)比表

序號(hào)加工方法加工范圍直徑徑深比適應(yīng)性1機(jī)械鉆孔φ0.51∶8各種材料2激光打孔φ0.011∶15超硬、絕緣3電火花小孔機(jī)φ0.031∶30黑色金屬4高速鉆削加工φ0.41∶20有色金屬

2.2 刀柄、夾套

采用普通鉆夾頭進(jìn)行深孔加工，由于夾持精度不夠，鉆頭擺動(dòng)較大，鉆頭常常發(fā)生斷裂。為保證夾持精度，采用了進(jìn)口小型鉆頭專用刀柄和鉆夾頭，鉆頭穩(wěn)定性大大提高，如圖2所示。

2.3 工藝參數(shù)

對(duì)微小孔加工進(jìn)行切削試驗(yàn)，在3000r/min，6000r/min，9000r/min的不同主軸轉(zhuǎn)速下考察進(jìn)給速度對(duì)鉆削軸向力和扭矩的影響。進(jìn)給速度為20～100mm/min。隨著進(jìn)給速度增加，軸向力和扭矩逐漸減??；進(jìn)給速度為36mm/min 時(shí)，軸向力和扭矩最??；之后，隨著進(jìn)給速度增加，軸向力和扭矩又開(kāi)始逐漸增大。在主軸轉(zhuǎn)速9000r/min，進(jìn)給速度為36mm/min 條件下鉆孔，軸向力和扭矩最小。深小孔加工時(shí)鉆屑難以排除，進(jìn)刀到一定深度后極易造成刀具斷裂，必須及時(shí)抬刀，將鉆屑排除后再進(jìn)行鉆削。對(duì)每次進(jìn)刀深度在0.2mm、0.1mm、0.05mm、0.02mm進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明進(jìn)刀深度為0.05mm時(shí)鉆頭不易斷裂且加工效率最優(yōu)。

通過(guò)對(duì)機(jī)械鉆孔工藝參數(shù)試驗(yàn)研究，選用合適刀具、設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了φ0.3mm的微小深孔高速鉆削加工，徑深比達(dá)到1∶50，該技術(shù)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。圖3所示為TC-S2Z高速鉆攻中心鉆削深小孔加工情況。

3 結(jié)論

微小深孔數(shù)控高速鉆削加工技術(shù)使用高速鉆攻中心機(jī)床，選用硬質(zhì)合金加長(zhǎng)鉆頭，采用合理的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和加工路徑，實(shí)現(xiàn)了φ0.3mm深15mm的微小深孔鉆削加工，解決了徑深比較大的有色金屬零件小孔加工難題。

[1] 王世清，深孔加工技術(shù)[M]. 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.10.

[2] 何英，朱紅鋼，韓野. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)小孔特種加工技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù).2011,4.

[3] 王峻，現(xiàn)代深孔加工技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[4] 程軍，焦鋒.微小孔鉆削工藝的現(xiàn)狀研究[J].機(jī)械工程師.2007，(11)：9-11.

[5] 唐英，陳澤，吳權(quán).鋁合金高速微小孔鉆削工藝[J].航空制造技術(shù).2011,5.

[6] 劉晉春.特種加工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Digitally-ControlledHigh-SpeedDrillingofDeepTinyHole

Xu Xiangyang, Yang Fanghong, Li Tiemin

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100)

Through selecting proper drilling tools and equipment, and by using optimum mechanical drilling parameters, a new technology for digitally-controlled high-speed drilling of deep tiny holes is put forward, difficulty of machining deep tiny hole with φ0.3 and depth of 15mm is overcame.

deep tiny hole; drilling

2016-03-22

徐向陽(yáng)(1977-),男，高級(jí)工程師。主要從事雷達(dá)微波器件精密加工和裝配工藝研究和工藝設(shè)計(jì)工作。

TN705

A

1008-8652(2017)03-079-02