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槍鉆技術(shù)--金石機(jī)械

2016-04-20 08:40??點(diǎn)擊:

摘要:傳統(tǒng)上小直徑深孔加工主要采用接長(zhǎng)麻花鉆,本文論述了應(yīng)用槍鉆在普通鏜床上加工深孔的方法。簡(jiǎn)述了槍鉆的工作原理、組成結(jié)構(gòu)和主要參數(shù),以普通鏜床深孔加工為對(duì)象,對(duì)槍鉆和接長(zhǎng)麻花鉆進(jìn)行了切削對(duì)比試驗(yàn),論述了槍鉆切削加工深孔的主要工裝、參數(shù)確定過程和加工效果,測(cè)量了各切削參數(shù).應(yīng)用實(shí)例表明:槍鉆具有加工精度高、加工時(shí)間短、鉆頭壽命高、排屑好的特點(diǎn),在小直徑深孔加工方面具有推廣價(jià)值。 0 .引言 目前,帶有小直徑深孔的產(chǎn)品數(shù)量越來越多,按傳統(tǒng)方法加工,只能采用接長(zhǎng)麻花鉆,每加工大約1~2倍直徑的深度必須退刀排屑
摘要:傳統(tǒng)上小直徑深孔加工主要采用接長(zhǎng)麻花鉆,本文論述了應(yīng)用槍鉆在普通鏜床上加工深孔的方法。簡(jiǎn)述了槍鉆的工作原理、組成結(jié)構(gòu)和主要參數(shù),以普通鏜床深孔加工為對(duì)象,對(duì)槍鉆和接長(zhǎng)麻花鉆進(jìn)行了切削對(duì)比試驗(yàn),論述了槍鉆切削加工深孔的主要工裝、參數(shù)確定過程和加工效果,測(cè)量了各切削參數(shù).應(yīng)用實(shí)例表明:槍鉆具有加工精度高、加工時(shí)間短、鉆頭壽命高、排屑好的特點(diǎn),在“小直徑深孔加工”方面具有推廣價(jià)值。

0.引言

目前,帶有小直徑深孔的產(chǎn)品數(shù)量越來越多,按傳統(tǒng)方法加工,只能采用接長(zhǎng)麻花鉆,每加工大約1~2倍直徑的深度必須退刀排屑,不僅加工精度低、表面粗糙度差,加工效率低、操作勞動(dòng)強(qiáng)度大,質(zhì)量難以保證,而且很容易引起“堵屑”或折斷鉆頭,造成更大的加工困難,因此,“大長(zhǎng)徑比小深孔加工”是困擾很多企業(yè)冷加工系統(tǒng)多年的難題,也是工藝人員和操作者的一塊“心病”。如何為傳統(tǒng)制造企業(yè)何解決好小直徑深孔的加工,已成為迫在眉睫的課題。而槍鉆在某傳統(tǒng)制造企業(yè)的成功應(yīng)用和推廣,很好的解決了這個(gè)困擾企業(yè)多年的難題。

槍鉆因最早用于兵器工業(yè)加工槍管而得名,主要用來加工φ2~φ20mm小徑深孔,是目前深孔鉆削中的一種優(yōu)質(zhì)高效工具。美國(guó)鉆科公司(DRILLMASTERS)公司作為世界上最主要的孔加工旋轉(zhuǎn)切削刀具供應(yīng)商之一,在槍鉆的研發(fā)和制造方面具有多年的成功經(jīng)驗(yàn),其所研發(fā)的刀具具有切削效率高、加工精度好和刀具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航天工業(yè)、結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)、醫(yī)療器材工業(yè)、模具/刀具/冶金工業(yè)及油壓、空壓工業(yè)等制造業(yè)領(lǐng)域。

1.槍鉆的工作原理

專業(yè)的槍鉆系統(tǒng)由深孔鉆機(jī)、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷卻系統(tǒng)組成(見圖1)。槍鉆柄部被夾持在機(jī)床主軸上,,鉆頭通過導(dǎo)引孔或?qū)走M(jìn)入工件表面,進(jìn)入后,鉆刃的獨(dú)特結(jié)構(gòu)起到自導(dǎo)向的作用,保證了切削精度。這時(shí)冷卻液通過鉆頭中間的通道到達(dá)切削部位,并將切屑從排屑槽帶出工件表面,同時(shí)對(duì)鉆刃進(jìn)行冷卻和對(duì)背部的支撐凸臺(tái)進(jìn)行潤(rùn)滑,從而獲良好的加工表面和加工質(zhì)量。
 
1.1槍鉆的結(jié)構(gòu)

如圖2所示,槍鉆由鉆刃、刀身、驅(qū)動(dòng)柄三部分組成。

(1)鉆刃

鉆刃是整個(gè)槍鉆的關(guān)鍵部分,其獨(dú)特科學(xué)的組合結(jié)構(gòu)保證在完成切削工作同時(shí)還起到自導(dǎo)向的作用, 可以通過一次貫穿得到一個(gè)高精度的深孔。鉆刃有兩個(gè)基本度,可以根據(jù)被切削工件的材料及形式來選擇最恰當(dāng)?shù)慕M合,以便于工作更好的平衡切削力和斷屑,并將切削力傳遞給支撐凸肩,保證良好的直線度和同軸度。鉆刃有很小的倒錐度并且直徑較刀身略大,可以保證鉆身可以在切削孔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)而不會(huì)磨擦孔內(nèi)壁的切削表面,根據(jù)不同要求,刃部有單圓孔、腎型孔和雙圓孔的通道同刀身的油道連接,高壓的冷卻液可以通過此通道到達(dá)切削點(diǎn),并將切屑帶出工件。鉆刃支撐的幾種主要的外圓輪廓形式(見圖3):

R1 型:標(biāo)準(zhǔn)肩部形式,適用于碳鋼、不銹鋼、鎳合金及鋁等一般切削,工作時(shí),刀具同被切削面的擠壓作用最??;
R2 型:適用于鉸孔與非鐵金屬切削;
R3 型:高陸式支撐肩部, 更好的控制加工尺寸,被加工面的光潔度要求很高時(shí)采用;
R4 型:高陸式支撐,尾部加高,適用于交叉孔、盲孔、擴(kuò)孔的加工;
R6型:高陸式支撐、尾部加高鉸刀式,同鉸刀組合,用于擴(kuò)孔加工,導(dǎo)向性好;

R9型:高陸式不連接支撐肩部, 更好的控制加工尺寸。

(2)刀身

刀身采用航天工業(yè)專用合金鋼材并經(jīng)熱處理制成,刀身有110~165°的V型槽,高壓切削冷卻液經(jīng)驅(qū)動(dòng)柄、刀身油孔到達(dá)刃部后從此V型槽排出孔外,并將切屑帶走,為保證切削的直線度和同軸度,刀身必須有足夠的強(qiáng)度以便在較小的扭轉(zhuǎn)變形下提供切削所需的扭矩,同時(shí)刀身也必須有足夠的韌性,這樣才能吸收刀身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動(dòng)。

(3)驅(qū)動(dòng)柄

驅(qū)動(dòng)柄完全依照標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)加工法的規(guī)定制造。其與刀身相接的頸部處有消除應(yīng)力的光滑弧狀凹槽以避免因應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞,驅(qū)動(dòng)柄為圓柱形,側(cè)面一般加工有兩個(gè)平面,供夾持套筒鎖緊整個(gè)鉆頭本體。

1.2 高壓冷卻系統(tǒng)

高壓冷卻霧化裝置是整個(gè)槍鉆系統(tǒng)關(guān)鍵的一個(gè)系統(tǒng),它在加工過程中起到潤(rùn)滑、冷卻、排屑的作用。輸入系統(tǒng)的壓縮空氣一部分驅(qū)動(dòng)脈沖泵形成噴霧,另一部分空氣連續(xù)驅(qū)動(dòng)活塞泵,通過雙路管線和高流量噴霧裝置加壓給切削液,將切削液輸送至鉆頭切削區(qū),被霧化后的切削液吸收切削區(qū)的熱量,冷卻、潤(rùn)滑槍鉆刀頭,并將切屑強(qiáng)制吹出工作物外。

2.槍鉆的應(yīng)用情況

由于該傳統(tǒng)制造企業(yè)沒有專用的槍鉆機(jī)床,從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā),改造既要有好的效果,又要利舊,所以整個(gè)槍鉆系統(tǒng)必須建立在應(yīng)用現(xiàn)有的鏜床和車床的基礎(chǔ)上,而且該系統(tǒng)的應(yīng)用不能破壞原機(jī)床的加工特性。經(jīng)分析對(duì)比,最終選擇在一普通鏜床上安裝槍鉆系統(tǒng)。

2.1槍鉆系統(tǒng)的安裝和試切削

(1)主要工裝:莫式錐柄夾持套筒一個(gè)[1](見下表1),;速比為1:3.81的主軸增速器1個(gè)。
表1 莫式錐柄夾持套筒

(2)試切對(duì)象,均為45#調(diào)質(zhì)鋼,HB230~260的軸類零件。

(3)切削方式,采用工件固定,刀具旋轉(zhuǎn)的方式。

(4)槍鉆支撐軸肩類型的選擇,根據(jù)試切對(duì)象的材質(zhì),選擇了兩組不同長(zhǎng)度的R1型槍鉆:一組為φ10的鉆頭4支(分為300、600、900、1200mm 4級(jí));另一組為φ11的鉆頭3支(分為400、800、900、1200mm 3級(jí))。

(5)鉆尖幾何參數(shù)的選擇。槍鉆鉆削主要決定于外刃角φ外、內(nèi)刃角φ內(nèi)及鉆尖的偏心距。鉆尖角2φ[2φ=180°-(φ外+φ內(nèi))],一般來說較硬的材料需要用較小的鉆尖角,較軟的材料則需用較大的鉆尖角,無論鉆尖角度如何,外刃角和內(nèi)刃角的選用必須保證鉆頭在切削時(shí)的徑向分力和主切削力能合理的作用在鉆頭的支撐區(qū)上,以便起到擠光孔表面的作用。切削刃的交點(diǎn)位置距離鉆頭中心一般為1/4直徑。根據(jù)硬質(zhì)合金槍鉆受力平衡分析,要求外刃徑向切削力等于內(nèi)刃徑向切削力,但實(shí)際加工過程中很難保證。為了避免鉆孔偏心,只有外刃徑向切削力大于內(nèi)刃徑向切削力,才能使徑向合力始終作用于待加工表面[3]。于是,一般用于加工鑄鐵和普通鋼材時(shí)取外刃角φ外=30、φ內(nèi)=20[2],如圖4所示。

(6)引導(dǎo)孔的加工,在兩種工件上分別預(yù)制一精度為φ10 、φ11 ,深度分別為5mm、5.5mm的引導(dǎo)孔后,分別加工了φ10×1165mm(300、600、900、1200mm 4級(jí))、φ11×1150mm(400、800、1200mm 3級(jí))的深孔。

(7)切削液,采用用高“EP”的油基水溶性冷卻液,壓力6~8Bar。

(8)切削參數(shù),鉆頭完全入孔前,旋轉(zhuǎn)速度v=30m/min,進(jìn)給速度f=0.02mm/r;鉆頭完全入孔后,旋轉(zhuǎn)速度v=45m/min,進(jìn)給速度f=0.04mm/r 。

(9)切削分級(jí),為保證孔徑精度,須使鉆桿支撐距離與鉆桿直徑比不大于45[4],鼓取每鉆削深度達(dá)直徑的30倍時(shí)為一級(jí),實(shí)際切削時(shí),每級(jí)調(diào)整時(shí)間為1~3分鐘左右,每級(jí)切削時(shí)間6~10分鐘。

試驗(yàn)十分成功,切削輕快、平穩(wěn),冷卻充分、切屑呈銀白色、短螺旋卷曲(見圖5),排出順利,效果良好。

隨著試切削的深入進(jìn)行,逐步取得了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn),并就檢測(cè)和記錄進(jìn)行了總結(jié),對(duì)照接長(zhǎng)麻花鉆,得如下參數(shù)對(duì)照表2。
表2 麻花鉆、槍鉆加工孔的主要參數(shù)對(duì)照表
名 稱 麻花鉆 槍 鉆
表面粗糙度 極差 Ra0.04~3.2um
孔徑公差 極差 H8~H9
直線度 沒有 0.5/1000~1/1000
加工效率(例:45#鋼,Ф11×300) 3小時(shí) 5分鐘
加工高精度孔 鏜、鉸 一次成型
鉆頭壽命 10m 300m~500m
工作原理 低轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給 高轉(zhuǎn)速、低扭距
排屑、冷卻方式 多次退刀排屑、刷油冷卻 高壓乳化液直沖式排屑,冷卻
鉆頭折斷的處理 不易取出,處理困難 容易取出,無需處理
切屑狀態(tài) 螺紋狀 螺紋短屑
后序加工處理
適應(yīng)加工孔徑范圍 較大 Φ2~Φ50
 
2.2槍鉆的應(yīng)用推廣

鑒于試切削的良好效果,就將深孔槍鉆進(jìn)行了實(shí)際推廣應(yīng)用,通過對(duì)各類深孔零件的加工,進(jìn)一步驗(yàn)證了其良好效果,大大地提高了生產(chǎn)效率。現(xiàn)舉兩例。

例1:一典型零件(見圖6),有16個(gè)Φ22通孔,長(zhǎng)度達(dá)到2550mm。在沒有使用槍鉆前,類似的深孔加工將會(huì)耗費(fèi)機(jī)床25天的時(shí)間來完成,而且質(zhì)量往往得不到保證,現(xiàn)在采用槍鉆后僅用了250小時(shí)就高質(zhì)量的完成了工件上所有深孔的加工,取得了良好的應(yīng)用效果。

例2:一工作輥軸承座,有Φ11、Φ25.2+0.1 0及Φ8的深孔。其中Φ11的孔長(zhǎng)度達(dá)到1643mm,該孔的加工在未使用槍鉆前,難度極高,非常容易斷鉆頭,而且經(jīng)常鉆偏,一次鉆成功率極低,更無法提及加工效率,而Φ25.2+0.1 0的深孔,深孔長(zhǎng)達(dá)1188.5mm,表面粗糙度要求Ra3.2,尺寸要求嚴(yán)、表面粗糙度要求高,在未使用槍鉆前,需采用鉆、擴(kuò)、鉸等工序,不僅費(fèi)時(shí),而且最終尺寸精度和表面粗糙度均很難達(dá)到要求。在采用槍鉆后,可以一鉆成型,特別是Φ25.2+0.1 0的深孔不需擴(kuò)、鉸,不僅確保了深孔的加工質(zhì)量,而且效率得到大幅提高。

2.3 槍鉆應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作所出現(xiàn)的一些問題,我們?cè)诳偨Y(jié)的基礎(chǔ)上特別提出了如下注意事項(xiàng):

(1)啟動(dòng)機(jī)床主軸前,鉆頭必須在導(dǎo)向孔內(nèi)。

(2)鉆孔前必須先通冷卻液。

(3)加工時(shí)的切削參數(shù),一定要采用計(jì)算的參數(shù)。

(4)深孔應(yīng)采用不同長(zhǎng)度的鉆頭(由短到長(zhǎng))分級(jí)鉆,不能一鉆到位(否則鉆桿懸在孔外太長(zhǎng),高速下會(huì)甩斷,造成安全事故)。

(5)在加工過程中,應(yīng)時(shí)刻注意鐵屑是否排出,并觀察鐵屑是否正常來判斷鉆刃是否磨損。

(6)操作時(shí)嚴(yán)格遵循如下規(guī)則:手動(dòng)將鉆頭引入引導(dǎo)孔→打開霧化噴嘴→啟動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)→開始進(jìn)給;停止進(jìn)給→停止旋轉(zhuǎn)→停止噴霧→退出鉆頭。

3.結(jié)束語

槍鉆技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展是相當(dāng)緩慢的,而在傳統(tǒng)制造企業(yè)的應(yīng)用就更加稀少。槍鉆在普通鏜床上的改造應(yīng)用解決了該傳統(tǒng)制造企業(yè)小直徑深孔加工難題,極大地提高了生產(chǎn)效率,突破了一向影響生產(chǎn)質(zhì)量、阻礙生產(chǎn)進(jìn)度的瓶頸,取得十分可喜的效果,使得困擾企業(yè)多年的“大長(zhǎng)徑比小深孔加工”工藝難題迎刃而解,也有力地促進(jìn)了槍鉆技術(shù)在我國(guó)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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