煙槍主體超長深孔加工試驗(yàn)與分析

張超龍

0　引言

深孔加工難度高，加工工作量大，是機(jī)械加工中的關(guān)鍵性工序，特別是孔徑小于10mm時(shí)，加工非常困難。長徑比過大、刀具加工環(huán)境封閉，這些因素都是造成超長深孔加工困難的重要原因。

根據(jù)常德煙草機(jī)械有限公司機(jī)加車間的工藝能力和Cr12MoV（225-250HB）工藝特點(diǎn)，選擇傳統(tǒng)鉆削加工，重新設(shè)計(jì)并定做了兩把整體合金內(nèi)冷深孔鉆，該鉆花帶有雙圓弧韌帶設(shè)計(jì)，雙切削刃，副后角切削刃并帶有涂層。希望能夠通過新材料刀具和合理的切削參數(shù)設(shè)定來達(dá)到傳統(tǒng)鉆削在超長深孔加工上的突破。

1　煙槍主體超長深孔加工問題

煙槍主體材料為Cr12MoV，在加工兩個(gè)長徑比為81的Φ9孔時(shí)，常會(huì)導(dǎo)致下述問題：①深孔加工具有長徑比大、鉆桿細(xì)而長、剛度較低的特點(diǎn)，加工時(shí)產(chǎn)生彎曲造成孔的直線度超差，中心對(duì)接位置發(fā)生嚴(yán)重偏移 （1.5mm～2mm）且與其垂直方向螺紋孔孔壁相交，導(dǎo)致零件報(bào)廢；②排屑不流暢，造成刀具與鐵屑滯留，由于鐵屑的擠壓，造成孔內(nèi)壁質(zhì)量、表面粗糙度差、刀具斷裂；③普通鉆頭沒有內(nèi)冷系統(tǒng)，冷卻液不能很好地到達(dá)鉆頭刃口處，散熱困難，切削溫度過高，加劇刃口磨損。

2　加工工藝的對(duì)比與選擇

煙槍主體預(yù)制件加工從產(chǎn)生以來經(jīng)過了數(shù)代工藝人員的改良，已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步。但是深孔加工自身固有的加工缺陷卻始終存在。

對(duì)比之前的工藝方法，根據(jù)Cr12MoV工件工藝特點(diǎn)，選擇傳統(tǒng)鉆削加工，重新設(shè)計(jì)并定做了兩把整體合金內(nèi)冷深孔鉆 （涂層HELLCA+TOP），長度分別為240mm、420mm。并選擇了高精度的臥式加工中心，希望能夠通過使用新設(shè)備、新材料刀具和合理的切削參數(shù)設(shè)定來達(dá)到傳統(tǒng)鉆削在超長深孔加工上的突破。

圖1　內(nèi)冷合金鉆花Fig.1 Cold alloy drilling flowers

3　深孔鉆削試驗(yàn)

3.1　試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)就是在特定的條件下通過選用新的刀具以及合理的加工參數(shù)進(jìn)一步減小這些缺陷對(duì)工件加工及加工質(zhì)量的影響，同時(shí)提高加工刀具的壽命。

3.2　試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)備：HEC630臥式加工中心，該機(jī)床的回轉(zhuǎn)精度為4″，重復(fù)回轉(zhuǎn)精度3″，定位精度0.006mm重復(fù)定位精度0.004mm。

刀具：整體合金內(nèi)冷深孔鉆（雙韌帶，雙切削刃，涂層HELLCA+TOP）

試驗(yàn)對(duì)象：煙槍主體預(yù)制件，物料特性如表1所示。

表1　煙槍主體預(yù)制件物料特性Tab.1 Material characteristics of the cigarette making equipment

3.3　試驗(yàn)方法

為了分析加工參數(shù)對(duì)該零件深孔加工質(zhì)量和刀具壽命的影響，以刀具轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，單次進(jìn)給深度為參數(shù)，以加工孔壁質(zhì)量、加工孔位置偏差、加工件數(shù)為指標(biāo)，進(jìn)行多因素正交試驗(yàn)與分析，確定合理加工參數(shù)范圍以及最優(yōu)加工參數(shù)組。

試驗(yàn)前現(xiàn)將被加工零件校正，以大面向下定位裝夾，加工方式采用兩端對(duì)接加工，加工前用電子側(cè)頭校正兩端面。加工程序采用深孔鉆削循環(huán)程序，兩頭對(duì)接加工，在加工完一端時(shí)，用螺紋堵頭堵住后才能加工另一面，保證兩端接通時(shí)切削液能穩(wěn)定的回流。

加工完成后取下工件，測出孔口粗糙度，孔軸線偏差（孔對(duì)接處偏差），并且記錄；同時(shí)測量鉆花磨損程度并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出加工件數(shù)，然后調(diào)整刀具轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，單次進(jìn)給深度重復(fù)上述試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)因素水平表如表2，選用標(biāo)準(zhǔn)正交表L9（34）安排試驗(yàn)，根據(jù)前期試切結(jié)果和刀具推薦參數(shù)，選擇如下參數(shù)值作為試驗(yàn)參數(shù)范圍：

表2　試驗(yàn)因素水平表Tab.2 Test factor level

3.4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表4，可以看出，影響孔口粗糙度的主次因素順序是BCA，影響孔軸線偏差的主次因素順序是BAC，影響加工件數(shù)即刀具壽命的主次因素順序是CBA。

對(duì)降低孔口粗糙度的這三個(gè)因素的較優(yōu)組合是B1C2A2，對(duì)降低孔軸線偏差的較優(yōu)組合是B1A1C1。對(duì)提高加工件數(shù)即刀具壽命的較優(yōu)組合為C2B2A1。

每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)不同，根據(jù)因素的影響的大小，結(jié)合之前的加工經(jīng)驗(yàn)，以孔軸線偏差不大于1，孔口表面粗糙度不大于1.5，加工件數(shù)最大為最優(yōu)為目標(biāo)，綜合考慮，最優(yōu)組合是A2B2C2。

表3　正交試驗(yàn)結(jié)果表Tab.3　Orthogonal test results

表4　正交試驗(yàn)極差分析表Tab.4 Analysis table of polar difference of orthogonal test

4　結(jié)論

傳統(tǒng)的鉆削加工方式通過改進(jìn)刀具材料，選擇高精度加工機(jī)床，可以有效的解決直徑不大于10的超長深孔加工難題。

工藝試驗(yàn)的結(jié)果表明，孔口粗糙度的主要影響因素是轉(zhuǎn)速，孔軸線偏差的主要影響因素是轉(zhuǎn)速，加工件數(shù)的主要影響因素是單次鉆削深度，次要影響因素是轉(zhuǎn)速。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及分析，三個(gè)試驗(yàn)參數(shù)均對(duì)孔口粗糙度、孔軸線偏差，加工件數(shù)有一定影響。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，得出來一組最優(yōu)加工參數(shù)組合，為后續(xù)加工提供參考。

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