單刃深孔鉆加工工藝改良途徑和方法探討

當(dāng)孔的深度為孔徑的20倍以上時(shí)，必須采用深孔鉆削方法進(jìn)行加工。多年來(lái)，單刃深孔鉆(槍鉆)是加工孔徑小于40mm深孔的常用刀具。通過(guò)試驗(yàn)可以看到，單刃深孔鉆的優(yōu)點(diǎn)是鉆孔質(zhì)量較高，缺點(diǎn)是能夠達(dá)到的進(jìn)給速度較小。在加工調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，如果提高進(jìn)給量，則刀具磨損增大，并產(chǎn)生不良的切屑形狀。因此，加工效率低、刀具壽命短是普通單刃深孔鉆的劣勢(shì)。
 
深孔鉆輕微的刃口倒圓和整體涂層可延長(zhǎng)刀具壽命，且不影響加工精度。長(zhǎng)期以來(lái)，單刃深孔鉆(槍鉆)由于剛性較低和刃磨缺陷，使其加工效率受到限制。創(chuàng)新的高效單刃深孔鉆可使加工效率明顯提高。
 
　　在保留單刃深孔鉆鉆孔質(zhì)量高的前提下，通過(guò)對(duì)刀具進(jìn)行優(yōu)化，提高其加工效率，而又不降低刀具壽命。例如，對(duì)于不銹鋼的加工，不僅要特別重視刀具的設(shè)計(jì)，而且還要對(duì)不同涂層材料和涂層結(jié)構(gòu)的使用性能進(jìn)行研究，大量實(shí)踐證實(shí)與普通的部分涂層相比，整體涂層的刀具磨損更小。在大多數(shù)情況下，與使用鋒利刃口的單刃深孔鉆相比，對(duì)刃口進(jìn)行輕微倒圓能提高刀具壽命。
 
　　試驗(yàn)使用普通的未涂層整體硬質(zhì)合金單刃深孔鉆加工低硫調(diào)質(zhì)鋼作為比較基準(zhǔn)，來(lái)評(píng)價(jià)單刃深孔鉆的性能。通過(guò)切削試驗(yàn)，普通的整體硬質(zhì)合金單刃深孔鉆的刀具磨損狀況和切屑形狀表明，在進(jìn)給量f=0.02mm的條件下，鉆削長(zhǎng)度達(dá)到30m時(shí)刀具出現(xiàn)輕微磨損，由于刀具承受的切削熱和切削力負(fù)荷小，因此僅有輕微的月牙洼磨損和后刀面磨損，所產(chǎn)生的切屑是斜螺旋卷切屑，容易從孔中排出。通過(guò)提高進(jìn)給量，在鉆削長(zhǎng)度達(dá)到lf=9m后，刀具外圓處的刀尖已顯示出較劇烈的磨損，使試驗(yàn)不得不因此中斷。此外，提高進(jìn)給量對(duì)切屑形狀也有影響。在斜螺旋卷切屑上還有一段帶狀切屑，而扁平的帶狀切屑段會(huì)夾在刀具與工件之間，引起刀具破損。
 
　　深孔鉆從工業(yè)上的實(shí)際使用效果來(lái)看，普通的單刃深孔鉆可以可靠地應(yīng)用于深孔加工。但要提高加工效率，則要受到一定條件的限制，尤其是如果提高進(jìn)給量，則刀具會(huì)過(guò)快磨損。當(dāng)單刃深孔鉆的進(jìn)給量變化時(shí)，可以看出，測(cè)量值隨著進(jìn)給量的提高而增大，幾乎是呈線性關(guān)系。當(dāng)進(jìn)給量f=0.34mm時(shí)，進(jìn)給力Ff=950N，扭矩Mb=4.3Nm；在f=0.36mm時(shí)，刀具由于扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大而發(fā)生破損。
 
　　深孔鉆除了切削力載荷，切屑形狀對(duì)于深孔鉆削過(guò)程具有重要意義。使用單刃深孔鉆，在進(jìn)給量f=0.04mm時(shí)，形成了合適長(zhǎng)度的斜螺旋切屑，沒有出現(xiàn)不利的帶狀切屑段。當(dāng)進(jìn)給量提高到f=0.1mm時(shí)，出現(xiàn)了單個(gè)切屑卷，這同樣是適合從孔內(nèi)順暢排出的切屑類型和形狀。將進(jìn)給量進(jìn)一步提高到f=0.2mm時(shí)，顯然產(chǎn)生了大量熱載荷，切屑顏色出現(xiàn)了明顯變化，形狀也變得不規(guī)則。當(dāng)把進(jìn)給量進(jìn)一步提高到f=0.3mm時(shí)，這種現(xiàn)象變得更為突出，切屑不僅卷曲得特別緊密，而且出現(xiàn)了扁平切屑，可以看出，這種切屑很厚。機(jī)械載荷的大小可用于判斷刀具磨損狀況，隨著磨損值的增大，進(jìn)給力和扭矩的測(cè)量值也隨之增大。
 
　　按預(yù)定刀具壽命，進(jìn)給量可提高10倍。測(cè)量結(jié)果顯示，在30m的鉆削長(zhǎng)度內(nèi)，因?yàn)槠胀ǖ膯稳猩羁足@在進(jìn)給量f=0.02mm時(shí)，也可達(dá)到30m的鉆削長(zhǎng)度，提高進(jìn)給量，則會(huì)導(dǎo)致普通單刃深孔鉆磨損加快，單刃深孔鉆在此采用了高出10倍的進(jìn)給量，即f=0.2mm，仍然達(dá)到了預(yù)定的壽命指標(biāo)。掃描電鏡分析證明，刀具仍然處于正常磨損狀態(tài)，仍可繼續(xù)使用。
 
　　深孔鉆除了刀具磨損外，孔的質(zhì)量也是描述深孔鉆削性能的重要指標(biāo)。對(duì)于孔的偏心誤差，測(cè)量值顯示了刀具結(jié)構(gòu)和進(jìn)給量的影響。對(duì)于不同的單刃深孔鉆，其測(cè)量值處于可比較的水平。由此說(shuō)明，刀具刃磨的改進(jìn)對(duì)孔的偏心誤差沒有產(chǎn)生不利影響。此外，對(duì)單刃深孔鉆來(lái)說(shuō)，提高進(jìn)給量還是增大了孔的偏心誤差。隨著進(jìn)給量的提高，進(jìn)給力和扭矩值增大，從而導(dǎo)致徑向分力增大，使刀具產(chǎn)生偏移，增大了孔的偏心誤差。
 
　　通過(guò)對(duì)刀具結(jié)構(gòu)和加工工藝的改進(jìn)，孔的偏心誤差能達(dá)到很不錯(cuò)的水平�？傊�，在刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂層和切削刃口倒圓方面的改進(jìn)證明是卓有成效的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)單刃深孔鉆的高效加工。

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