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太大过大!深孔加工工艺改进优化

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(太原重工股份有限公司锻造分公司,山西 太原 030024)

摘 要:结合工作实际,对深孔加工所需的工装、刀具的工艺要求等进行了分析,并对此过程中经常出现的问题及产生原因进行了系统讨论,针对实际工件的特点对部分深孔工艺进行了改进与优化,旨在提高工艺水平,稳定加工质量.

关键词:深孔加工;工艺改进;刀具

中图分类号:TG523 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2014.07.085

深孔加工是机械加工中的一道难题,难点在于孔深、刚度差、强度低,易引起刀具散热困难、偏斜、排屑不易,经常会发生孔直径变大,出现锥形等现象,从而达不到加工质量的要求[1].随着科学技术的进步和机械产品的升级换代,对深孔加工的质量及效率要求不断提高[2-3],因此,研究深孔加工工艺对不断提升机械加工技术水平具有重要价值和现实意义.

1 深孔加工难点技术分析

1.1 钻杆

钻杆宜采用45钢制作,调质处理后HB为260~280,钻杆与钻杆的连接、钻杆与刀头的连接宜采用方牙螺纹,其优点是强度大、易拆卸,断裂后易配制.对于高速切削钻孔,钻杆采用无缝合金钢管制作,且用一整根钻杆,全长弯曲度<1 mm为宜,如果多接式钻杆用于高速钻孔情况,不但弯曲度和偏摆量大,而且刚性接头处的强度不够.

对钻杆定位部分应规定严格的形位公差:钻杆外圆应与工件同心度<0.02 mm;钻杆定位孔与接触端面垂直度<0.03 mm.

在加工深孔时,安装钻杆应做如下检查:钻杆接头处,两直径差异不易太大,无毛刺、飞边等缺陷.弯曲度不宜太大,钻杆外径D等于40~90 mm,1 m内弯曲度<0.1 mm.钻杆与钻套(支承套)间隙不易太大,D≤90 mm,间隙d<3 mm;D>90 mm,间隙d<4 mm为宜,如果间隙过大,则必须更换支撑套. 钻杆内孔是否有缺陷及杂物,以防卡住铁屑. 钻杆应在使用完毕后逐节拆开,分节存放,以防止因长度过大而发生弯曲变形.存放钻杆的理想方法是垂直吊起,如无此条件,则应平放在有支承的木架上,支撑点应高度一致,距离均匀.

工作完成后,拆卸钻杆后进行的首要任务是将钻杆孔内的切屑清除干净,对方牙螺纹定位部分要特别加以防护,其他部分应注意防锈蚀.

1.2 深孔加工刀具

首先应对两切削刃口对称性进行检查,其次分别测量两切削刃的长度是否相同,最后再测两切削刃的对称点距支承面的高度是否一致,这两项检查的误差小于0.3 mm为宜.

横刃的宽窄与切削阻力有极大的关系,横刃过宽,轴向力大,钻杆弯曲加大,出现螺旋槽的可能性就越大;横刃过窄,板钻强度减弱,可能崩坏.若横刃宽度为b,板钻直径为d,一般情况下,d与b的匹配尺寸是:d等于 40~ 60 mm时,b等于3 mm;d等于 62~ 72 mm时,b等于3.5 mm;d等于75~115 mm时,b等于4 mm;d>120 mm,b等于5 mm.

深孔切削,板钻对工件材料的敏感性大,工件材料不同,板钻部分角度也应随之而异,当工件材料硬、强度大时,应减小前角和后角的度数,当工件材料软、塑性大时,刀具前角应大一些.板钻结构见图1.

板钻分屑槽的深浅宽窄以及相互位置是否交叉错开,也应认真检查,槽与槽之间的距离过大,会使切削量等增大,所需的切削力大;过小时,则切屑拥挤不利排屑.板钻部分光洁度如刃口、前刀面、后刀面往往达不到要求,需人工手动珩磨.

1.3 深孔加工中经常出现的问题及原因分析

钻头在进口处发生了研磨和崩刃的现象,损坏了刀尖, 原因是找正误差太大,钻头与工件不同心;板钻的两个刃口不对称,长短不一样,致使刀具晃动. 切屑呈豆粒状, 原因是前刀面宽度窄、断屑台过高、走刀量较大. 切屑宽窄不一、悬殊过大, 原因是板钻的分屑槽浅,开槽的位置交叉不适宜,切削刃有缺口. 切屑堵塞,油压升高,钻杆跳动不止,原因是工作油压和流量过小,不能顺利排屑;切削速度和走刀量的配合不当,使切屑变硬不易变形;钻头的排屑沟不光滑或钻杆接头处有缺陷.

孔出现偏心的原因:板钻两切削刃的角度不对称;钻杆弯曲程度严重;中心架的支撑套配合太松,超出了正常数值或导向木太松,钻头在孔内定不了中心位置;工件的材质有问题,内部组织不均匀或工件本身弯曲太严重;机床的主轴中心线与钻杆不同心、与导轨不平行.

孔出现螺旋槽的原因:刀具角度不对称,两切削刃长短不一致或高低不同;横刃宽,刃口钝而不利,切削时轴向力过大或走刀量过大;刀具本身浮动导向性差,各中心支架(尤其是导向中心架)上的内套松动或导向木过松丧失导向作用,刀具切削时无固定中心;加工前的找正工作误差较大,未将主轴中心、工件中心、钻杆中心三心找正,形成钻杆别劲,刀具晃动;刀体的制作精度不高,夹刀片的槽太松或刀夹槽不在刀体中心线上.

2 深孔工艺改进与优化

当工件孔的深度大(一般孔深超过3 m),钻杆在工件中一定深度再往里进刀时,由于钻杆头部至孔口间缺少支撑,钻杆头部会有所下沉,这时可根据工件长度,在距钻杆头部一定距离(一般为1.5~2 m处),在钻杆上加装分段支撑套(见图2),支撑套整体加工好后切割成两半(见图2沿A-A线切割开),外部铣出4个导向键定位槽,支撑套两半安装在钻杆上后,用螺栓固定,此分段支承套一般用于外排屑加工大孔时用.或者直接在钻杆圆周方向均布铣出4个槽,槽里安装4块导向木,此方法一般用于内排屑加工小孔时用(一般钻孔时使用尼龙导向木;镗、光孔时使用胶木导向木),这样在深度大的加工范围内多了一道支撑和导向的工装,可尽量减小或防止钻杆在工件较深处孔偏心.

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对于较长、材料较难加工的工件,当钻杆进刀一定距离后,再往里钻孔很困难,这时必须两端钻孔,由于两次找正等因素的误差,孔会有一定偏心,这时钻孔后孔尺寸与交货尺寸间应留有较大余量,后续工序:镗、光孔可把偏心消除掉(镗、光孔不能掉头).

如一端尺寸超出深孔卡盘夹持范围,可在此端本体尺寸外或利用试样区余料车出工艺夹头,待孔加工好后,保证本体尺寸,撤掉工艺夹头.

3 结束语

实践证明,对深孔的机床、刀具、工装、加工方法以及深孔加工中可能出现的问题及原因进行一些系统、深入地总结和分析,针对具体工件对部分深孔工艺做一些小改进,我们就可以在加工过程中做到心中有数、有的放矢,从而更好地保证工件、加工质量,减少刀具、工装的损耗,降低生产成本,提高生产效率.

参考文献:

[1] 陈日曜.金属切削原理[M].北京:机械工业出版社,2002.

cad复制过来的图太大:泾南中学 路太弯

[2] 陈明.机械制造工艺学[M]. 北京:机械工业出版社,2005.

[3] 廖念钊.互换性与技术测量[M].北京:中国计量出版社, 2007.

(责任编辑 高 腾)

Improvement and Optimization of The Deep Hole Processing Technology

Chang Jie

(Taiyuan Heavy Industry Forging Subcompany, Taiyuan 030024 China)

Abstract: This Article analyses the technological requirements of fixtures and cutting tools which needed in deep hole machining, and discuss the problems and causes appeared in this process. According to the characteristics of the actual part, the anthor make some improvements and optimizations on the deep hole processing.

Key words: deep hole processing, technology improvement, cutting tools

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