基于机械加工的深孔加工技术探析

基于机械加工的深孔加工技术探析作者：李恒扬来源：《科技创新与应用》2014年第02期摘要：机械加工中有三分之一的加工是孔加工，而深孔加工则占孔加工的四成，所以深孔加工是一种重要的加工形式。

同时深孔加工的工艺较为特殊，不能直接观察成孔的过程和内部状况，所以必须对其工艺进行合理选择与设计，文章对深孔加工技术进行分析，阐述关键工艺对加工过程的影响。

关键词：机械加工；深孔加工；工艺路线；刀具1 机械加工中深孔加工的特征分析机械加工中的深孔加工是针对孔深与直径之比（L/d≥5）较大的孔进行钻孔加工，因为孔的深度大直径小，因此工艺特征也较其他普通孔有所差异，特征如下：1.1 加工难度大：深孔加工的过程多数都是在半封闭和全封闭的工况，不能直接观察刀具切削的过程和走刀的情况；深孔加工因为半径和孔深比例差异大，因此形成的金属屑不易排出，容易堵塞而影响加工；钻头长度大刚性也就低，容易出现抖动和偏孔的情况，且表面精度不易保证；散热也是影响加工的重要因素，相对封闭的孔内易导致温度升高而造成钻头磨损。

1.2 运动方式：在加工中工件与刀具的运行与进给方式有多种选择，如工件转动而刀具进给；工件固定而刀具旋转进给；工件与刀具按照相反的方向进行旋转并进行进给；工件旋转并进给而刀具静止，此方式很少应用。

1.3 深孔加工的排屑：在加工中应用的排屑方式有两种，一种是外排屑，冷却液进入空心钻杆从切削区域将切屑带出，从加工零件的孔和钻杆外壁排除；一种是内排屑：冷却液从零件的孔和钻杆外壁进入，经过切削区域带出切屑，从空心钻杆的孔中排除；两种方式中通常先考虑选择内排屑的方式，此类方式不会对孔壁形成二次摩擦，而影响加工表面质量，钻杆的刚性也高。

2 机械加工中深孔加工技术的分析2.1 工艺路线的设计与选择机械加工中工艺路线是必要的指导思路，深孔加工也不例外，首先应综合考虑深孔加工方法和刀具的适应性，针对加工零件的特征选择相关工艺方法，同时还应考虑零件的材料性质，针对其特征再精细设计工艺过程。

其次，对加工过程进行段落划分，通常分为：粗加工、半精加工、精加工、光整加工，进行工艺设计，选择合适的技术措施，并以此提高加工效率和质量，如果质量要求和薄壁零件、工余量不大的则不需要分段。

第三，工艺路线的设计，深孔加工的工艺路线应按照其结构特征和加工方法、设备因素等来设置，因为深孔刀具技术的发展，深孔加工已经进入了精密加工时代，集中安排工序可以优化加工的过程，从而避免多次装夹而出现误差。

最后，合理控制加工余量，深孔零件的加工余量与其他孔不同，余量应增加，不同刀具和刀具角度余量也不同，如单刃铰刀比多刃铰刀余量大，偏角大的比偏角小的余量大等，所以在加工中必须按照相应的工艺和质量要求来设计余量。

2.2 深孔加工的刀具选择按照不同的深孔表面要求，选择适应的刀具也十分重要。

在加工中常见的刀具有：扁钻、麻花钻、外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、枪钻、复合刀具等。

具体应用情况如下：（1）扁钻：从结构上分为整体扁钻和装配扁钻，整体扁钻结构相对简单，生产与加工容易，对硬度高的铸件和锻件适用。

装配式扁钻刀杆的刚性大，刀片则是高速钢或者合金，可实现快速更换，且可以打磨成各种形状，切削液容易导入，加工范围广，适用于自动化加工。

（2）麻花钻：该刀具应用广泛，通常在粗加工阶段应用。

（3）外排屑深孔钻：通常是单双刃深孔钻，原理是高压油进入到钻杆孔，经过腰孔进入到切削区域，迫使碎屑随着切削液从V型的导槽和工件壁之间排出。

这种深孔钻刀面为0°，方便加工。

没有横刃，钻尖与轴线形成一个角度，钻孔中钻尖形成小圆锥，可以让切屑断裂，容易排出。

切削部分形状对孔的公差、切屑成型、切削液压力、刀具寿命、偏离角度等都会对其成孔过程产生影响。

（4）内排屑钻头：钻头和钻杆之间有螺纹连接，工作时高压切削液从钻杆外圆和工件壁之间注入，切削同时产生的切屑从钻杆的中心排出。

（5）喷吸钻：主要是利用切削液产生的喷射效应来排出切屑，通常该钻有内外两根管，其中三分之二的切削液从内外管的空隙和钻头前部流入到切削区域，起到导向和冷却、润滑的效果，并可以将切屑从孔内排出，另外的三分之一，切削液从内管后部喷射，产生快速的喷射流，形成一个低压区域由此与前端配合形成压差，起到一个喷吸效果，提高了钻削的效率。

2.3 定位选择深孔加工与其他成孔加工一样都需要保证定位基准，在实践中锥面定位是常见的方式，主要应用在回转体、中小直径孔、管坯镗孔等；也可采用内锥面定位，是应用在中等直径的内排切削加工方式；而小孔直径的外排切削加工或枪钻加工则可以利用外锥面定位。

如果采用锥面定位必须注意对直线度和余量的保证，必须在钻孔、镗孔前的端面进行内外锥面的处理。

对于大直径深孔则利用外圆进行定位。

如果采用圆定位，应在外圆上加工安装面、定位面、找正面，并保证三者之间是同心圆，对于非回转体则应利用安装面作为定位基准。

2.4 冷却润滑的保证深孔加工中因为孔内在加工中相对封闭，因此容易造成温度急剧升高，因此必须进行降温处理，同时还应保证切削过程中润滑效果。

所以必须利用润滑液来起到冷却与润滑作用。

冷却液、润滑液必须进行合理的配合，使得工件在加工中保证质量并保证刀具寿命延长。

另外，冷却液和润滑液在深孔加工中还可以起到冲刷、减震、消音等作用。

钻削中因为孔径小且深度大，就会在加工中产生较大的抗力和阻力，克服这些阻力而顺利完成加工则会消耗较多的能量，同时切向和径向的力同时作用在导向块上，此时孔壁和刀具就会产生摩擦，摩擦能量就会产生热量和温度升高。

这些热量只能借助于冷却措施来降低。

同时冷却液的存在可以让导向块和孔壁之间形成一种液压支撑系统，以此有效降低导向块摩擦，也可降低摩擦力对功率的消耗，在节能方面也可以起到一定的作用。

再有，润滑液和冷却液可以通过压力和流量来帮助清理切屑。

利用冷却液将工作区域的切屑冲刷到加工区以外，实现清理排屑的效果，保证成孔过程的顺利进行。

因为在工作区域和钻杆内部、外部充满了油性的液体，从而减少了切削过程中的摩擦、震动等，降低了噪声。

2.5 排屑处理深孔加工中因为成孔的空间相对封闭，因此形成的切屑很难排除，沉积切屑会影响加工的过程和质量。

尤其是内排屑钻的过程中，排屑受到空间和环境的影响，只有有限的空间可以利用进行排屑，所以排屑工作难度大不易开展。

从切削的角度看，深孔成孔排屑的问题集中在切屑的处理上，如分屑、断屑、排屑三个连续过程。

针对不同的材料会形成不同特征的切屑，形状、宽窄、弯曲程度、尺寸等都会影响排屑的效果。

所以在深孔加工中排屑问题是重要的工艺指标。

然而深孔加工中排屑通道过长，工作中属于半封闭的状态，切削热量大散热难度也大。

所以在深孔成孔工艺中必须考虑冷却与排屑两个系统，以内排屑深孔钻工艺为例，该工艺具备较为明显的优势，最主要的是具有外冷内排屑和自身导向，能够加工直径6-80mm深孔。

在成孔过程中，工件首先进行旋转，钻头借助螺纹与钻杆进行连接，封油头在刀架的带动下开始成孔，使得导向装置进入到工件中。

内排屑深孔钻进的过程中，切屑在钻杆内实现排屑，不会在孔壁和刀具之间发生摩擦，这样可以最大限度地保证加工表面的质量和精度。

该技术采用的钻杆外径要大于外排屑装置，因此刚性得到了提高，且增加了供给量，成孔的效率也得到了大幅提高。

内排的原理就是在切削液的压力作用下，从孔壁和钻杆外表面寻觅空隙，进入到切削区域的冷却和润滑部位，将前端的切屑冲入到钻杆内，然后从钻杆后部排除。

此类排除切屑的方式容易实现，且兼具冷却和润滑的效果。

同时也可保证钻杆的稳定，但是因为需要独立设置内排屑供液系统，加工造价稍高。

3 深孔加工中应用的设备深孔加工中往往利用专业的设备来完成工件加工，主要按照运动模式进行选择，通常是工件旋转辅助刀具进行轴向进给，使得加工工艺可以顺利完成。

其中最为重要的设备就是机床的选择。

机床是整个加工工艺的基础，主要由主轴箱、进给箱、刀具夹装设备、机床主体、中心架、移动辅助装置共同构成。

主轴箱是支撑主轴，控制旋转和移动不同级的转变，卡盘和拨盘等附属部件通常安装在主轴的右端，转轴多为空心，内部有锥孔，这样可以为夹装细长的刀具提供设置环境。

进给箱是利用丝杆将电机产生的动能传递到刀具上，推动刀具完成直线运动。

夹装装置主要夹装钻杆，利用螺母相互连接，在丝杠的带动下，钻杆可以沿着轴向完成加工进给。

机床床身是基本结构，可以将多个部件组合起来，除了保证各个部件都处在正确的位置，还能协调各个部分的工作状况。

床身上设置刀架和支架导轨等，床身下有支撑支架等，保证其固定在基础上，稳定整个加工系统。

当然在深孔加工中，工件的情况不同也就不能一概而论，在设备选择上如果不能完全采用深孔加工设备，则可以采用卧式的车床来取代成孔设备。

如以卧式机床加工油缸缸套深孔为例，通常采用的是一夹一支的装夹方式，一端则利用四爪单动或者其他类型的卡盘来进行夹紧，另一端则利用中心架完成对轴向的支撑。

深孔刀具的夹装则需要配置专用的刀具架。

专用的刀具架安装在滑板上保证进给。

车削过程中，车床主轴带动刀具完成旋转，滑板则带动刀具完成加工的进给。

还有输油器，该设备也是深孔加工的重要辅助装置，主要的功能就是保证切削液进入到指定的区域，使得切屑能够在液压的推动下完成排屑的过程，主要设置在工件和钻头相互接触的位置上。

同时内排屑的方法中，钻孔的冷却液容易出现渗漏的情况，应重视这个问题，这就要求输油器的密封达到一定的标准，加工中需要调整保证其状态。

输油器和导向架之间应利用密封垫来完成连接，这样就是要控制漏油的问题。

同时输油器和钻杆的接触面、支承架工件端面之间也应利用密封圈进行控制，由此提高防漏的效果。

4 结束语综合来看，机械加工中深度和孔径之间的比例大于5的时候，就属于深孔加工工艺，这一类加工成孔困难且复杂，孔深大则会导致加工工艺特征的改变，如刀杆细长刚性低，钻削容易抖动且容易产生偏移等。

因此在加工的过程中需要考虑工艺的特殊性来选择各种工艺措施，对于深孔工艺而言，技术水平和实施方法必须重视从工艺路线到排屑方式等细节，这样才能在加工中获得较好的工艺效果，保证深孔加工的质量。

参考文献[1]贾玉菊，张真超.机械加工中深孔加工的方法探讨[J].煤矿机械，2012，（6）：139-140.[2]都启军.浅谈深孔加工技术[J].装备制造技术，2013，（3）：72-74.。