深孔加工关键技术

深孔加工关键技术2009-03-27 18:29

枪钻是一种有效的深孔加工刀具，其加工范围很广，从玻璃纤维、特氟龙(Teflon)等塑料到高强度合金(如P20和铬镍铁合金)的深孔加工。在公差和表面粗糙度要求较严的深孔加工中，枪钻可保证孔的尺寸精度、位置精度和直线度。

要想使枪钻加工深孔时能够达到满意的效果，必须熟练掌握枪钻系统的性能(包括刀具、机床、夹具、附件、工件、控制单元、冷却液和操作程序)。操作者的技术水平也很重要。根据工件的结构及工件材料的硬度以及深孔加工机床的工作情况和质量要求，选择适当的切削速度、进给量、刀具几何参数、硬质合金牌号和冷却液参数，才能获得优异的加工性能。

在生产中，直槽枪钻使用得最多。根据枪钻的直径并通过传动部分、柄部和刀头的内冷却孔的情况，枪钻可制成整体式和焊接式两种类型。其冷却液从后刀面上的小孔处喷出。枪钻可有一个或两个圆形的冷却孔，或单独一个腰形孔。

标准枪钻可加工孔径为1.5mm到76.2mm的孔，钻削深度可达直径的100倍。特殊订制的枪钻可加工孔径为152.4mm，深度为5080mm的深孔。

尽管枪钻的每转进给量较低，但其每分钟进给量却比麻花钻大(每分钟进给量等于每转进给量乘以刀具或工件转速)。

由于刀头是用硬质合金制造，所以枪钻的切削速度比高速钢钻头要高得多。这可增加枪钻每分钟的进给量。另外，当使用高压冷却液时，其切屑能从被加工孔中有效排出，无需在钻削过程中定期退刀来排出切屑。

关于枪钻系统

按照系统工程理论，单独考虑钻孔系统的任何一个工艺因素都是片面的。然而不同的刀具和设备制造厂商生产钻削系统的不同部分，因此没有人承担系统一致性的责任。由于枪钻加工系统结构的不统一，因此经常发生不可预测的枪钻失效。潜在的失效包括钻头破损和刀片过度磨损。这些失效将导致被加工孔的质量恶化，造成差的表面粗糙度、大的跳动和轴线偏移。在汽车工业中，这些失效使深孔加工成为瓶颈工序。

产生上述不良结果，往往都认为是刀具制造厂生产的产品质量问题，这是不对的。当用枪钻加工倾斜孔时，其操作人员和现场的技术人员应知道使用专用导套，并保证冷却液充分，并使钻套底面和工件表面的距离不超过0.5mm，钻套和主轴的同轴度不超过0.005mm。所采用的钻套应是用硬质合金或高合金工具钢制造的精密枪钻钻套，其硬度为63～65HRC，内孔表面粗糙度为16～32μm，内外径最大允许不同轴度为0.002mm，前端面最大允许跳动为0.005mm。下面是在汽车工业中不正确使用枪钻的实例：

－－当钻套和钻头的旋转轴线之间的不同轴度过大时，枪钻通常会失效，如钻尖的撞击，这种撞击会由于脆弱的硬质合金刀尖不能承受由不同心引起的弯由应力而造成刀片碎裂。

如果是钻头旋转而不是工件旋转，这种情况将变得更差，因为这种压力将重新作用于刀尖的不同部位。当压力作用于最薄弱的部位(即刀尖转角)时，刀尖将破裂。

－－关于刀具长度。当枪钻长度增加时，刀具的刚性下降。当对中心不好时，枪钻的柄部不会传递更大的弯曲力到刀尖，因此刀尖不会损坏，但会引起刀杆颤动，导致疲劳失效。

－－钻套和钻头间的间隙过大会引起刀具失效。此时枪钻的侧刃切除大量的工件材料，因为该切削刃的后角为0°，所以过大的切削力引起侧刃破裂。

－－冷却液供应不充分也是引起刀具失效的原因。它会使切屑堆积在排屑槽中，这些受挤压的切屑形成堵塞，使过大的扭矩作用于枪钻，当枪钻的V型槽被堵塞时，刀头将与刀杆分离。此时用户通常认为是枪钻生产厂商对枪钻的刀头与刀杆焊接不牢而造成刀头与刀杆分离。但制造商并不能控制安装和具体的枪钻系统的操作。如果在加工时发生问题，应派销售代表去了解情况并填写失效原因的分析表。

新趋势

当对直径小于4.175mm的深孔进行加工时，必须用高压冷却液。然而大多数机床制造厂商用低压冷却液传输系统配备机床。目前已有改进型高压冷却液系统批量供应市场。一些机床制造厂商已开发出用于加工小深孔的冷却液增强泵和高压循环单元。可调压力泵最高能以3000帕压力传输冷却液，其费用比高压冷却系统低。

在大多数应用场合，由于钻头旋转，要求使用一个旋转连接器(也称高压接头)来提供来自机床主轴的冷却液。其标准连接器允许的最大压力为1000帕，这对于小孔的深加工来说太低了，这样的连接器是无法与高压冷却泵一起工作。

当冷却液流速不能满足要求时，排屑就成问题，这是刀具结构导致冷却液压力损失的结果。为此，工具制造厂商提出一个简单方案，即采用二段阶梯式后刀面设计方法。在这种设计中，冷却孔位于刀片的第二后刀面上，远低于切削刃。在被加工孔的底部。即使冷却液内部压力相同，由于冷却孔相对增大，因此流量也显著增加，解决了排屑问题。