浅谈机械加工中的深孔加工

浅谈机械加工中的深孔加工

刘彬 083731260 机交学院机制082班

摘要：在加工深孔时，由于刀具细长，刚性差，冷却困难，切屑不易排出；又因为刀具在工件的内部进行切削，刀具的磨损和刀头的损坏都无法观察到。因此，加工深孔至今还仍是一种难度较大的加工工艺。所以，在深孔加工时必须使用一些特殊刀具（深孔钻，深孔镗刀等），以及特殊的附件，并且对切削液的流量、压力都提出了较高的要求。

关键词：深孔；深孔钻；刀具；排屑；切削液

正文：

深孔加工主要的关键技术是深孔钻的几何形状和冷却排屑问题。国内外的工人和技术人员都作了很多的工艺试验和研究，现介绍如下。

一、排屑方式

目前采用的深孔钻排泄方式有三种。

（一）外排屑

外排泄的枪孔钻，见图1。枪孔钻是一个空心管子，高压切削液从刀具前端的小孔中喷出来，把切屑从抢孔钻的三角槽中冲出。

图1

（二）喷吸式内排屑

喷吸式内排屑加工深孔的原理见图2。切削液分两部分：一部分进入刀头切削区，另一部分经倾斜（一般与轴线相交30 °）的“月牙孔”向后喷射，

使排屑杆中造成压力差，切屑液的压力和吸力的作用下，就能很顺利的从排屑杆中排出。

图2

（三）高压内排屑

高压内排屑加工深孔的方法见图3。高压大流量的切屑液从封油头经深孔壁之间进入钻头的切屑区，切屑在高压切屑液的冲刷下从排屑杆中间排出。这种方式，切屑杆内没有压力差，需要切屑液的压力更高，因此成为“高压内排屑”。

图3

二、枪杆钻及加工方法

（一）抢孔钻及加工方法

在加工φ3--φ20mm的深孔时，一般都采用枪孔钻。抢孔钻的结构和几何形状，见图4。抢孔钻用高速钢或硬质合金的刀头和无缝钢管的刀杆焊接而成，刀杆上压有V型槽，中间可通切削

液。主刀刃和副刀刃垂直于轴线的平

面分别别相交30°、20°，刀尖偏于

D/4处。

抢孔钻的切削力分布情况见图

5。外刀刃A、内刀刃B切削时产生的

切削力在基面上的分量各为R A、R B，

合力为R。R又可以分解为P X(轴向

力)、P Y（径向力）。由于抢孔钻的P Y

力较小，并由支撑棱2支撑；P Z力由

支撑棱1支撑；另外，中心还有定心

尖。因此，钻削时能保持良好的直线性。

图4

枪孔钻与麻花钻相比，由于麻花钻中心有横刃，横刃上切削条件很差，加工深度很困难，然而枪孔钻没有横刃，后角较大，所以，中心切削情况有所改善，加工深孔时稳定。

抢孔钻头上的V型槽，是排出铁屑的通道。腰型孔3是切削液的出口处。高压切削液从空心的刀杆经腰型切屑孔3进入切屑区，切屑就从V型槽中排出外面。

因为抢孔钻的刀尖偏在一边，刀头刚进入工件时，刀杆会产生扭动，所以必须使用导向套，见图6。这种导向套不但可以引导枪孔钻进入工件，而且使切屑和切削液从空档处A处排出回收。后导套B还可以防止枪杆钻的转动。

图5

图6

枪杆钻加工深孔时，由于刀杆强度极差，选择切削用量时必须特别注意，尤其是走刀量应选得很小，在钻削碳素钢时推荐的走到量见表1.

表1枪孔钻的走刀量

切屑速度可按加工材料硬度来选择，

一般不宜选的太小，否则生产效率低。

用枪孔钻加工深孔时，切屑液的压

力、流量都应选择得很大，使得切屑容易

冲出。具体数值可以从图表1中查得。

图表1 枪孔钻加工深孔时切削液的压力和流量（二）高压内排屑深孔钻及加工方法

1、单刃深孔钻及加工方法

内排屑单刃深孔钻见图7。刀片和导向部分采用硬质合金，刀尖偏离中心3mm，他的作用与枪孔钻相同，即切削时工件中心形成定心尖，并抵消一部分径向切削力。硬质合金导向垫A的作用是支承P Y力并起导向作用，导向垫B主要承受切削力P Z。主切削刃形成阶台型，起到了分屑作用，其分忍数量（二刃或三刃）要根据钻孔直径大小及排屑孔大小而定，以排屑顺利为宜。

各切削刃后刀面应与被加工孔径让开，以防擦伤孔的表面。导向垫尺寸一般应比刃部直径小0.08—0.1mm，以免影响钻孔的直线性。导向垫上的倒角1×18 o有利于吸入切削液形成油楔。这种单刃深孔钻主要加工各种实心铸件的油缸（液压筒），经长期加工磨床液压筒证明效果比较好。

图7 钻铸件用单刃深孔钻

2、交错齿内排屑深孔钻及加工方法

在钢件上钻深孔，因为断屑、排屑比较困难，所以要比加工铸件困难复杂得多。

钻削深孔钢件时，可采用交错齿内排屑深孔钻，见图8 。它的特点是刀片交错排列，切屑可以从两个喇叭形孔通入空心刀杆向外排出。刀片在刀具中心两侧成交错排列，其目的是其分屑作用，其次也可使得刀具两侧受力比较平衡。刀刃前面磨有断屑槽，是切屑形成小块C字形切屑，以便在高压切削液的冲刷下比较容易向外排出。

由于钻头沿径向个点切削速度不同，外圆周上的切削速度较大，因此可采用耐磨性比较好的YT类硬质合金。靠近钻头中心处切削速度比较低，在切削挤压力的作用下容易产生崩刃，必须用韧性较好的YA类硬质合金。

当钻孔直径大于65 mm时，可用机械夹固式不重磨深孔钻，见图9 。它的结构原理基本上与交错齿深孔钻一样，刀片4内部有一阶台，用螺钉5固定在刀头上。刀块上用小压板1紧固，不重磨刀片3，上刀片2作为断屑板。导向块6做成半圆形，能浮动自位，使得导向块与孔壁保持良好接触。

钻头体用40Cr合金钢制造，钻头体后端用方牙螺纹（短齿非标准件）与空心钻杆7连接。

高压内排屑深孔钻的工作情况见图10 ，工件1有三抓卡盘夹住，右端在中心架3上，钻杆有车床尾坐的专用刀塔架夹紧，并带动进给。工件端面有一个封油头。切屑液由管8进入钻头的切削区，把切屑从钻杆内孔冲刷出去。密封环4防止切屑液从工件端面泄露出来。当工件旋转时，滑环5与工件一起旋转，依靠滑环5跟端面密封轴承6之间精密的摩檫配合，以防止切削液的泄露。工件后面有一个弹性密封环15，以防止当孔钻穿时切削液喷射出来。

图8 、 9 机械夹固式不重磨深孔钻

表2 深孔钻的主要尺寸和角度

图10 内排屑深孔钻的工作情况

1--工件；2—钻头；3—中心架；4—密封环；5—滑环；6—端面密封轴承；

7—套；8—管子；9—“O”型密封环；10—夹具套；11—锥套；12—夹具体；

（三）喷吸钻及加工方法

喷吸钻的外观见图11。它的几何形状与

高压内排屑深孔钻基本相同，不同点是是在

颈部钻有几个喷射切屑液的小孔1，通过这些

小孔把高压切屑液送到切削区。

图11 喷吸钻

喷吸钻的工作原理见图12。喷吸钻头6用多头方牙螺纹连接在外套管3上，内套管4的尾部有几个向后倾斜的30o的“月牙孔”7，当高压切削液从进口A进入管夹头中心后，大部分切屑液从内、外管之间通过喷吸钻颈部的小孔5进入切削区。一部分切削液通过倾斜的月牙孔7向后高速喷射，使得内套管前后产生很大的压差。这样钻出的切屑一方面由高压切削液从前面向后面冲出，另一方面利用

后面的压力差将切

屑吸出，用这两方

面的力量使得切屑

很容易顺利地从排

屑杆中排出。

图12喷吸钻孔工作原理

使用这种方法加工深孔时，必须有一套附件。管夹头1（见图12）可安装在车床拖板的夹具中，利用大拖板的自动进给钻出深度。外套管3用锥形弹性夹头2紧固在管夹头中。内套管4利用夹具的台阶定位。为了防止钻头刚钻入工件时扭动，在工件前端装有导向套，见图13.使用喷吸钻时和高压深孔钻时，要获得良好的效

果，必须合理的选择

切削用量，合理的选

择切削液的流量和压

力。加工45#钢时深

孔切削量见表3。

图13喷吸钻的导向套

切削液用量可从图表2(a)中查

出；压力可从图表2（b）中查出。

表3 喷吸钻和深孔钻切削用量

图表2 喷吸钻和高压深孔钻的切削流量和压力

从图中可以看出，使用喷吸钻和高压内排屑深孔钻加工φ20—φ60深孔时，切削液流量需要50—150l/min；压力需要10—30kg/cm2。这样大的流量和压力，一般车床上的冷却泵是很难达到的，因此必须配备一套高压大流量的冷却系统。

在图表2中可以看出，使用喷吸钻比高压内排屑深孔钻所要求的切屑液压力低得多，这样对冷却系统中的泵的功率消耗和对工具的密封要求都可以降低。因此，我们应该尽可能采用较先进的喷吸钻加工。

对不同直径的深孔，应选不同形

式的钻头加工，这样可以发挥各种

钻头的特长。

从图表3中可看出：加工φ3--

φ20小直径深孔时用枪孔钻；加工

φ4—φ40一般孔时可用硬质合金钻

头；加工φ20—φ65深孔时，用喷

吸钻或高压内排屑深孔钻；加工φ

65以上的深孔时用机械夹固式不重

磨深孔钻。

图表3 各种钻头及排屑方式

三、深孔的精加工

对液压油缸等表面粗糙度，精度要求很高的零件，经深孔钻后，必须再经过精镗—精铰—垳磨或滚压加工等工序。

（一）深孔镗刀

图14为镗深孔用的镗刀头，它用方牙螺纹连接在刀杆上。为了保证孔的精度和直线度，镗刀头的前端有两块硬质合金的导向垫4，后面有4块硬质合金导向垫6。刀头1可用螺钉5调节，并用螺钉3紧固。孔径的大小可用对刀规2调整。前导向垫的轴向位置应在刀尖后2mm左右。

图14 深孔镗刀头

（二）深孔浮动铰刀

精加工深孔时，可以用浮动铰刀进行加工。深孔浮动铰刀刀头见图15。浮动铰刀块1装在长方形孔中保持间隙配合（H7/h6），铰刀尺寸可用螺钉2调节，并用螺钉3紧固。刀头上也有四块硬质合金导向垫4.在浮动铰刀前端的一段导向尺寸a应比镗孔后尺寸小0.08—0.1mm，后端一段b的导向尺寸应比铰刀尺寸小0.08—0.1 mm。

图15 深孔浮动铰刀

导向垫可以做成固定式或可调式的。固定导向垫只能用于一种尺寸铰孔；可调式的铰刀刀头的尺寸可在一定范围内调整，他的结构见图16.四块导向垫1用用燕尾槽装在铰刀头中，劲松螺母2和3可以用导向垫的斜面以调整导向垫直径的大小，调整好之后用螺母4锁紧即可。

图16 可调节式铰刀头

精铰孔时，导向块5可用夹布胶木（或白纳木）做成，这样材料有一定的弹性，能避免擦伤工件孔的表面，

采用硬质合金浮动铰刀铰深孔时，表面粗糙度可值达R a3.2一下，工件的圆柱度，圆度可在0.02mm以内。

（三）深孔滚压工具

用垳磨来加工深孔虽然能获得很高的表面粗糙度和精度，但是效率低。我国广大工人和技术人员通过实践，已造出了多种滚压工具，解决了在普通车床上加工IT7及精度，表面粗糙度花10到花11的孔。它的生产率比垳磨要高出5倍以上。

1、滚压加工原理

滚压加工是通过硬的很高的滚珠或滚柱对零

件进行挤压，使得工件表面发生塑性变形，将其

微观不平度熨平压光，从而提高表面光洁度和硬

度。

深孔滚压一般用圆锥形滚柱进行滚压，见图17。图17 用圆锥滚柱滚压内孔

滚柱用GCr15轴承钢制成，淬硬至HRC62—64，滚柱前端磨出R=2的圆弧，与锥面光滑连接。滚压时，滚柱表面与工件表面之间形成0.5o—1o的锥角。锥角的作用是减少圆柱挤压时的接触面，有利于提高光洁度。

滚柱的数量根据孔径大小而定，一般选4—8粒。但几个滚柱的外径尺寸都必须一致，其同尺寸允差在0.005mm以内。滚柱数量增多，滚压总的接触面积就增大，可以增大走刀量和提高滚压效率。

2、滚压头的结构

滚压头的结构见图18。在滚压过程中，滚柱2所受的轴向力经销轴3传递给套4，向右顶在止推轴承6上。这时滚压头外径为滚压内孔的工作尺寸。滚压完毕后，从已滚过的内孔中退出。当滚柱反向通过零件内孔时，受到一个向左的轴向力，这个力传给保持器1经套圈压缩弹簧5，滚柱2就沿着锥度套筒向左移动，滚压头外径就会缩小。这样，滚压头从零件孔中推出时，不会损伤已滚好的表面。当滚压头全不退出以后，在弹簧力的作用下复位，又可以进行一次滚压。

图18 深孔压头

滚压头外径尺寸能做微量调节，以适应不同挤压量的需求。调节原理是用螺母9旋转，套筒7轴向移动，并使得滚柱在锥度套筒12上移动，滚柱即径向伸缩。调节螺母9旋转一圈时，滚柱在径向伸缩量可按下式计算。

X=2Ptanα

式中 X-----径向伸缩量（mm）

P-----调节螺母螺距（mm）

α----锥度套筒的斜角（度）

3、滚压用量

过盈量：一般钢件滚压过盈量为0.1—0.12mm。

走刀量：s=0.15—0.25mm/r 。

滚压速度：v=60—80m/min。

切削液：滚压时应使用油类切削液，一般可用煤油与硫化油的混合机。

4、注意事项

（1）滚压前，孔应经过浮动铰刀或镗刀精加工。

（2）滚压前应清洗孔壁，去除油污切屑，否则滚压后会产生“麻点”，影响光洁度。

（3）滚压次数一般不能超过2次，否则产生蜕皮现象。

（4）切削液必须经过滤，保证无杂质混入。

结束语

首先，很感谢高泽斌老师，感谢他在这门课程中对我们谆谆教诲和无私奉献，有了高老师的帮助，我们才能顺利地、高效地、圆满地完成这门很有实际意义的课程及论文写作。谢谢您！

通过对《金属工艺学》这门很有实际价值意义的课程的学习，让我对机械设计制造的概念有了更进一步的认识和理解，让我对实际的生产生活更加地清楚了。并且通过翻阅资料等完成了本次课程论文，这是很有意义的，对树立我们的工程概念很有帮助的。

这门课程的学习及论文的写作，让我们懂得了很多东西，从学习到生活，都对我们有所帮助。要是我们在生活中也能有好的钻研精神，那么我们的各方面怎们不优秀呢？谢谢您的谆谆教导！亲爱的老师。

参考文献：

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【8】金大鹰.机械制图.北京：机械工业出版社，2007

新疆农业大学

课程学习论文

课程名称：金属工艺学

专业班级：机制 082

学号： 083731260

学生姓名：刘彬

指导教师：高泽斌

时间： 2010. 12