1 引言

　　深孔加工是機械加工中難度較大喻粹、技術(shù)含量較高、專業(yè)性較強、加工成本較高的一種孔加工技術(shù)繁惦。在深孔加工中，為了達(dá)到排屑和冷卻罚蛾、潤滑刀具的目的越匕，通常需要使用大量切削液(如專用深孔切削液或機油)，尤其是使用內(nèi)排屑深孔鉆頭的中缩笤、大直徑深孔加工(D≥30mm)對切削液的消耗量相當(dāng)大(主要被切屑帶走)煎敢，這不僅會對加工場所造成較大污染，還威脅到操作人員的身體健康殿恤，同時帶油切屑的處理又會增加生產(chǎn)成本和造成環(huán)境污染盲趟。據(jù)不完全統(tǒng)計，在深孔加工中慎陵，切削液的相關(guān)費用占到加工總成本的15％～20%眼虱。因此，實現(xiàn)不使用切削液的干式加工或使用微量切削液的亞干式加工是深孔加工技術(shù)的重要發(fā)展方向和研究課題席纽。

　　2 亞干式深孔加工系統(tǒng)

　　根據(jù)深孔鉆削加工的特點捏悬，采用完全干式切削(即完全不使用切削液)的加工方式在實際生產(chǎn)中一般很難實現(xiàn)撞蚕。因為深孔鉆削加工不同于普通的車削、銑削加工邮破，它是在封閉狀況下進行诈豌，單位時間所產(chǎn)生的切削熱量大，排屑通道長抒和，切屑和切削熱不易及時排出矫渔；此外，刀具在深孔加工中是依靠導(dǎo)向塊完成定心和導(dǎo)向作用摧莽，導(dǎo)向塊與孔壁之間會因長時間接觸擠壓而產(chǎn)生較大摩擦庙洼，而切削液(切削油)可以在導(dǎo)向塊與孔壁之間形成一層油膜，起到潤滑和減摩作用镊辕，如無油膜油够，導(dǎo)向塊將很快被磨損和撕裂，從而引起切削振動或打刀掸柏。因此虹烈，選擇采用少量切削液的亞干式切削方式比較適合深孔加工的實際情況。 

　　采用的亞干式切削加工方案主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻椒玖，使用霧化切削液進行潤滑裳岳，其加工系統(tǒng)主要由內(nèi)排屑深孔鉆床、空氣壓縮機胯夏、霧化器锡疗、氣液混合噴頭等組成，其工作流程為：空氣壓縮機提供具有一定壓力(約0.5～0.6MPa)的空氣豆出，在出口處分為兩路囊嘲，其中一路通過霧化器帶出一定量的切削液形成汽液混合物，在噴頭處與另一路壓縮空氣相遇吵淌，汽液混合物通過噴頭時被加速并向進氣裝置的空腔中噴出锯帚，形成高壓、高速的霧化切削液被处，最后經(jīng)過鉆桿外壁與孔壁之間的通道被傳送到鉆頭的切削部位腹呀，冷卻、潤滑刀具并將切屑從鉆桿內(nèi)部向后吹出栏尚。 

　　由于亞干式深孔加工系統(tǒng)采用霧化切削液潤滑、冷卻刀具只恨，用壓縮空氣進行排屑降溫译仗，既克服了傳統(tǒng)深孔加工中大量循環(huán)使用切削液所帶來的諸多弊病，大大減少了切削液使用量官觅，又確保了導(dǎo)向塊與內(nèi)孔表面之間纵菌、刀具前后刀面與切屑之間的切削液潤滑層阐污，同時切削液在霧化狀態(tài)下吸熱充分、潤滑均勻咱圆，能更好地發(fā)揮作用笛辟；使用連續(xù)的壓縮空氣排屑既可增大排屑空間(相對于使用高壓油)，又能迅速將切屑從切削區(qū)吹出序苏，縮短了切屑傳熱時間手幢，并可將部分熱量直接帶出，降低了切削區(qū)溫度忱详。

　　3 亞干式深孔鉆頭的設(shè)計

　　深孔鉆削刀具的設(shè)計開發(fā)是成功實現(xiàn)亞干式深孔加工的關(guān)鍵技術(shù)之一围来，直接影響到整個加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是深孔加工順利進行的重要保證阿座。刀具的幾何參數(shù)對于刀具的受力乃衫、斷屑、耐用度腮哩、加工表面質(zhì)量等起著重要作用额神；而刀具材料對于刀具的切削效率、工作壽命腻酱、刀具與工件的親和性等起著決定性影響惑膀。亞干式深孔加工的切削特性與傳統(tǒng)的深孔加工有所區(qū)別，因此對深孔鉆頭的設(shè)計要求也有其特殊性浊娄。 

　　(1)亞干式深孔加工對刀具的要求 

　÷刈丁①由于深孔切削加工是在封閉狀態(tài)下進行，又沒有循環(huán)切削油冷卻矗夯、潤滑刀具德州，進行熱量交換，因此切削區(qū)溫度較高施翰，這就要求刀片材料必須具有較高的強度窝革、硬度以及良好的耐熱性、紅硬性和抗沖擊性吕座，同時刀具與切屑之間的摩擦系數(shù)應(yīng)盡可能小虐译。 

　　②在深孔加工中吴趴，刀具的排屑通道較長漆诽，切屑不易順暢排出，對于采用空氣排屑的亞干式加工而言锣枝，這一問題更為突出厢拭。為了保證排屑順暢和迅速散熱，必須增大排屑出口，減少空氣阻力供鸠，加快排屑速度畦贸，縮短切屑停留時間。 

　±阄妗③亞干式深孔加工采用壓縮空氣排屑和霧化切削液冷卻薄坏，因此切屑形狀不能太寬太長。為防止切屑堵塞寨闹，最好是形成細(xì)小的“C”型切屑燕瞭；為使切屑更快脫離刀面，刀具與切屑的接觸面不宜過大肋森，為此可采用分屑刃或強制斷屑措施顶怠。 

　　針對以上幾點要求，我們對刀具進行了結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計烈杠，使其滿足系統(tǒng)的加工要求腻学。 

　　(2)刀具結(jié)構(gòu)的選取及優(yōu)化設(shè)計 

　　深孔加工刀具的型式主要分為外排屑和內(nèi)排屑兩種。外排屑方式用于槍鉆系統(tǒng)跃百，適合加工小直徑(一般φ<20mm)深孔券妹。內(nèi)排屑方式常用于BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和DF系統(tǒng)患刻。噴吸鉆系統(tǒng)和DF系統(tǒng)的功效相同啰氏，但由于噴吸鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，排屑空間受到雙鉆桿的限制杠锻，因此目前已較少使用赘双。DF系統(tǒng)主要利用雙進油裝置對切屑進行推、吸雙重作用珍特，促使其順暢排出祝峻。在排屑效果相同時，可減小密封壓力扎筒，提高加工精度莱找。BTA深孔鉆頭分為單齒和多齒兩種，單齒刀具適用的孔徑范圍為φ6～φ25mm嗜桌，多齒刀具則適合加工較大直徑(φ25mm以上)的深孔奥溺。 

　　在本試驗中，我們選擇了BTA單齒鉆頭骨宠。在鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計上浮定，考慮到亞干式深孔加工的特點，在傳統(tǒng)的BTA單齒鉆頭的基礎(chǔ)上進行了部分優(yōu)化設(shè)計层亿，主要體現(xiàn)在以下幾點： 

　『健①適當(dāng)增大刀體與孔壁之間的間隙h(即進氣間隙)以減小空氣阻力雳灵，使壓縮空氣和霧化液能迅速到達(dá)切削區(qū)進行潤滑和冷卻。 

　≌⒖②適當(dāng)增大刀具排屑口，排屑口形成倒錐型地垢，使切屑能快速而順暢地進入排屑通道满页，不易堵屑；同時在排屑入口處形成“噴吸效應(yīng)”尊伟，增大排屑速度惑拙。 

　　③增多分屑刃野疟，加寬斷屑臺插呜，實現(xiàn)強制分屑和斷屑，使切屑變窄及易于折斷廷碴，有助于排屑和散熱砾楞。 

　　在刀具幾何角度方面也進行了一些改進，主要表現(xiàn)為： 

　【陀谩①適當(dāng)增大刀刃前角γo顿豹，以減小刀具前刀面與切屑的接觸面積，保障壓縮空氣及霧化切削液能充分進入切削區(qū)對刀具進行冷卻潤滑霉处。由于內(nèi)刃在切削中主要承受軸向擠壓力跋擅，為了增加內(nèi)刃強度，可適當(dāng)加大內(nèi)刃前角嫌松。 

　』κ铩②適當(dāng)增大刀刃后角αo，以減小刀具后刀面與已加工表面之間的摩擦萎羔，也使刀具更容易切入工件液走，可減小刀具磨損，提高刀具耐用度外驱。 

　∮摹③ 增大斷屑臺寬度和圓角半徑，加長切屑卷曲變形時間昵宇，減小切屑與前刀面的摩擦及切屑對斷屑凸臺的沖擊力磅崭，使切屑順利流過斷屑臺，在過渡圓角處增加一部分附加變形瓦哎，使材料失去一些塑性砸喻，然后彎曲頂?shù)降祝趶澗刈饔孟略俅巫冃谓詈髷嘈几畹海@樣可減小切屑變形，使切削熱、切削沖擊力咱贪、摩擦力等都發(fā)生改變韩艾，控制切屑形成細(xì)小“C”型排出。 

　　(3)刀片材料的選取 

　　目前用于干式加工的刀具材料很多价值，如超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金吭芯、CBN、PCD拷治、陶瓷和金屬陶瓷兰歼、各種涂層硬質(zhì)刀具等，但這些刀具材料大多僅應(yīng)用于普通的干式車削和干式銑削中胃琴。目前國內(nèi)在深孔加工中使用較多的主要是焊接式深孔鉆頭廊擦，其刀片材料主要采用國產(chǎn)刀片如YD15、YG8遥附、YW1觉浦、YT726、YT798等橙围，這些材料的化學(xué)成分和物理性能各不相同沼死，適用范圍也有區(qū)別。我們試圖通過切削試驗從中選出比較適合亞干式深孔加工的刀片材料崔赌。 

　　采用的切削試驗方案為：用上述5種刀片材料的鉆頭意蛀，在刀具結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)均相同的條件下分別加工45鋼(調(diào)質(zhì)硬度HRC28)，檢測在亞干式切削條件下各刀具的受力及切屑狀態(tài)健芭，測量刀具后刀面磨損量县钥、內(nèi)孔表面質(zhì)量等，選出最適合加工45鋼的亞干式刀具材料慈迈。 

　　采用的切削試驗條件為：加工孔徑：20.2mm若贮，工件長度：1000mm，主軸轉(zhuǎn)速v=800r/min痒留，刀具軸向進給量f=0.01mm/r谴麦，切削液：德國亞倫斯乳化液5號。 

　　由各種刀片材料深孔鉆頭的切削性能及外齒后刀面磨損情況可以看出伸头，在這5種刀片材料的深孔鉆頭中匾效，YD15的后刀面磨損值最小，軸向力恤磷、扭矩和內(nèi)孔表面粗糙度值也最忻婧摺；其次是YG8绷煎。反映出YD15刀片具有較高的耐熱性和良好的耐磨性筹唠，加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量良好户痒。因此，YD15比較適合45鋼類工件材料的亞干式深孔加工傀蒲；YG8的加工效果相對稍差一些赠槽；而其它幾種材料由于磨損較嚴(yán)重，不適合亞干式深孔加工攒坊。試驗結(jié)果與刀具材料性能也比較吻合：YD15紅硬性好盘另、耐磨性好、抗彎強度高秃停，尤其適合加工高溫合金材料。此外抗海，從加工過程中可以看出丹伙，亞干式深孔加工系統(tǒng)的排屑效果良好，幾乎無堵屑現(xiàn)象發(fā)生葫羡，且排出的切屑溫度較低(無燒熱感)恼五，呈銀白色，說明霧化及冷卻效果良好哭懈，可以滿足亞干式深孔加工的要求灾馒。

　　4 亞干式深孔加工與傳統(tǒng)深孔加工的性能比較

　　通過上述試驗分析，可以確定YD15刀片材料比較適合中碳鋼的亞干式深孔加工遣总。但是睬罗，其加工性能和刀具耐用度與濕式深孔加工相比是否有差別，將是亞干式深孔加工技術(shù)能否獲得推廣應(yīng)用的關(guān)鍵旭斥。為此容达，我們進行了一個對比切削試驗，即在傳統(tǒng)的深孔加工條件下垂券，采用YD15和YG8深孔鉆頭(刀具幾何參數(shù)相同)鉆削同樣長度的45鋼工件(v=800r/min花盐，f=0.01mm/r，10#機械油冷卻潤滑)菇爪。由測得的各項試驗數(shù)據(jù)可以看出算芯，用傳統(tǒng)方法加工時，刀具的后刀面磨損和切削力均比在亞干式加工條件下要小凳宙，這表明亞干式加工時刀具與工件属圃、刀具與切屑之間的摩擦力比傳統(tǒng)加工時更大，即切削液的潤滑性能較差仔省，這與所使用的切削液有關(guān)俄躺。亞干式加工中采用的是水基乳化液(其霧化性優(yōu)于切削油)，而傳統(tǒng)加工中使用的是切削油(其潤滑性更好)红集。這也為我們今后的研究確定了方向亲沃，即需要找到一種既有良好的霧化性条稍，又有較好潤滑性的切削液。另外袋员，兩種加工方式的刀具磨損量差距并不很大悟惰，說明在亞干式深孔加工條件下也能保證一定的刀具耐用度。 

　　將用兩種方式加工的試件剖開后進行檢測痘嫉，發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔表面硬度幾乎沒有差異估曾，而亞干式加工的內(nèi)孔表面粗糙度值更小，即表面質(zhì)量更好馆义。這也說明在亞干式深孔加工中黔章，內(nèi)孔表面的冷卻效果良好，切削溫度并不高咏尝。此外压语，由于采用了特殊配方的乳化液，具有一定的耐擠壓效果编检，因此鉆頭的導(dǎo)向塊并未出現(xiàn)撕裂磨損胎食，也保證了內(nèi)孔表面加工質(zhì)量。

　　5 結(jié)論

　　通過上述切削試驗及對結(jié)果的對比分析允懂，可得出如下結(jié)論： 

　　(1)所設(shè)計的亞干式深孔加工系統(tǒng)可較好完成深孔加工過程厕怜，并能得到滿意的加工效果，具有一定的實際應(yīng)用價值蕾总。 

　　(2)通過對幾種常用深孔加工刀具材料的切削試驗粥航，確定了在亞干式深孔加工方式下，YD15材料比較適合加工45鋼類工件材料谤专，并有較好的加工效果躁锡。對于其它工件材料，也可通過試驗方法找到適用的刀具材料置侍。 

　　(3)通過對干映之、濕兩種加工方式下刀具的切削性能試驗及分析，可以看出亞干式深孔加工能夠?qū)崿F(xiàn)較高的刀具耐用度和較好的加工效果瘫骏。 

　　(4)針對亞干式深孔加工中刀具磨損較大的問題颜要，也可采用低溫冷風(fēng)或增加冷卻液油性的方法，以提高冷卻和潤滑效果哭夺，減少刀具磨損量奸。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享卷撞，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)澄璃，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布盐文、編輯整理上傳圣翅，對此類作品本站僅提供交流平臺岖疲，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻握饼、圖片极阴、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時間告知诡泌，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容碟狞，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn婚陪。