对深孔加工方法的探讨

程鑫/中国第一重型机械集团公司铸锻钢事业部轧电分厂生产科

对深孔加工方法的探讨

程鑫/中国第一重型机械集团公司铸锻钢事业部轧电分厂生产科

孔加工在金属切削加工中占有重要地位，而深孔加工更是机械加工中难度大、技术含量高、专业性强、加工成本高的一种加工技术。本文研究了深孔加工的方法及需要注意的问题。

深孔加工；方法

深孔一般是指长径比大于5的孔，深孔钻削难度大。由于钻头在很深孔内切削，无法直接观察切削情况，只能以听声音、看出屑和测油压进行判断。同时钻头在近似封闭的状态下丁作，散热困难，钻头磨损严重。切屑多而排屑通道长，如不采取必要措施，随时可能由于切屑堵而导致钻头损坏。由于孔的深度与直径的比例较大，钻杆细长，刚性差，工作时易偏斜及产生振动，孔的精度和表面粗糙度难以保证。所以深孔钻削要排屑通畅，充分冷却润滑，有良好的导向。

一、枪钻加工

深孔枪管钻最初是应用于兵器制造业，因此得名枪钻，随着科技的不断发展和深孔加工系统制造商的不懈努力，深孔加工已经成为一种方便高效的加工方式。并被广泛应用于如：汽车工业、航天工业、结构建筑工业、医疗器材工业、模具/刀具/治具工业及油压、空压工业等领域。

枪钻是理想的深孔加工解决方案，采用枪钻可以获得精密的加工效果，加工出来的孔位置精确，直线度、同轴度高，并且有很高的表面光洁度和重复性。能够方便的加工各种形式的深孔，对于特殊深孔，比如交叉孔，盲孔及平底盲孔等也能很好的解决。枪钻除了应用专业的深孔钻机外，也可用于CNC机床上，在普通机床上稍作改动也可以实现深孔加工功能。

枪钻适用于深孔加工，直线度可达1/1000，同心度可达1/1000或更好，孔直径公差可达±0.0127mm，光洁度达Ra0.8，适用于交叉孔、平底盲孔，重复性好，可实现一次贯穿的加工方式。

专业的枪钻系统由深孔钻机、单刃或双刃的枪钻及高压冷却系统组成，使用时，钻头通过导引孔或导套进入工件表面，进入后，钻刃的独特结构起到自导向的作用，保证了切削精度。冷却液通过钻头中间的通道到达切削部位，并将切屑从排屑槽带出工件表面，同时对钻刃进行冷却和对背部的支撑凸台进行润滑，从而获良好的加工表面和加工质量。为便于操作，高压冷却液从机床后端提供，钻头通过旋转夹持套固定在主轴上，可以选择工件旋转和刀具旋转的形式位置的调整也可选择主轴移动或工作台移动的方式。机床上设有切屑回收箱，切屑由此排出，并将冷却液回收冷却循环使用，在回收箱前端装有导引套从而引导钻头进入工件表面。对于钻头长度超过无支撑长度的情况，还要适当增加中间支撑。

标准的枪钻是由超硬钨钢钻刃、航天钢材经热处理制成的刀身及钢制驱动柄经高精度的银焊、铜焊组合而成的，各组成部分特点如下：

钻刃是整个枪钻的关键部分，其独特科学的组合结构保证在完成切削工作同时还起到自导向的作用，可以通过一次贯穿得到一个高精度的深孔，钻刃有两个基本度，我们可以根据被切削工件的材料及形式来选择最恰当的组合，以便于工作更好的平衡切削力和断屑，并将切削力传递给支撑凸肩，保证良好的直线度和同轴度。钻刃有很小的倒锥度并且直径较刀身略大，可以保证钻身可以在切削孔内自由旋转而不会磨擦孔内壁的切削表面，根据不同要求，刃部有单圆孔、肾型孔各双圆孔的通道同刀身的油道连接，高压的冷却液可以通过此通道到达切削点，并将切屑带出工件。

刀身采用航天工业专用合金钢材并经热处理制成，刀身有110-120度的V型槽，高压切削冷却液经驱动柄、刀身油孔到达刃部后从此V型槽排出孔外，并将切屑带走，为保证切削的直线度和同轴度，刀身必须有足够的强度以便在较小的扭转变形下提供切削所需的扭矩，同时刀身也必须有足够的韧性，这样才能吸收刀身高速旋转产生的震动。

驱动柄完全依照标准工业加工法的规定制造。其与刀身相接的颈部处有消除应力的光滑弧状凹槽以避免因应力集中而产生破坏，驱动柄为圆柱形，侧面一般加工有两个平面，供夹持套筒锁紧整个钻头本体。

二、BTA内排屑系统

BTA系统也称为单管系统（STS），切削液通过钻管和加工孔之间的缝隙直接流到加工区域。分为焊接式钻头和可转位刀片式钻头，一般焊接式钻头加工小直径的孔，可转位式钻头加工大直径的孔。

扩孔钻头分为单刀片式和多刀片式扩孔钻，扩孔时使用的钻头和整体钻削时使用的钻头不一样。在不锈钢和低碳钢等切屑形成差的材料中使用。可用于不均匀结构材料，长时间生产时有更多的优点，加工一致性较好，要求特种深孔钻床，高生产率钻孔的首选。单管钻系统的原理是外冷却液供给和内切屑传送。通常，钻头都是靠螺纹拧紧在钻杆上。单管钻的生产率是枪钻的6倍。

1.结构性缺陷。单出屑口的Beisner内排屑深孔钻克服了枪钻的许多不足，但带来最大的新缺陷是相对排屑面积过小。即使钻孔直径φ20mm以上也经常产生堵屑故障。

为了针对性地解决排屑通道断面积不足问题，BTA钻采用了双出屑口错齿结构和在切削刃上磨出断屑台。由此带来的新问题是：钻头的结构大大复杂化；断屑台的设置最终导致其本身成为一种一次性使用（不可重磨）的复杂工具。

2.工艺上的缺陷。错齿BTA钻由于结构工艺性较差，必须有专业化程度很高的工具制造厂家生产，小的工具企业和企业用户既难设计，又难制造，使BTA刀具实际上成为价格昂贵但并不经久耐用的国际垄断性工具产品。

3.功能上的缺陷。BTA钻的最小可钻孔直径为φ16mm左右，而实际上很少应用于φ20mm以下钻孔。这是它最大的功能性缺陷。

BTA钻的国际销售价格很高，其焊接型结构又只能一次性使用。机夹可转位型的BTA错齿钻寿命较长，但价格又贵得多。这是BTA钻在我国难以普遍推广的主要原因。

4.其他缺陷。BTA刀具系列中没有内排屑的精加工刀具，因而限制了BTA钻床的加工能力。BTA钻床实际上也是功能单一的专用设备。

三、喷吸钻系统（双管系统）

喷吸钻系统类似于单管钻系统，但是其钻头是与内外钻管相连接，切削液在内外钻管间流经钻头，并且切削液完全在钻体内而不是经过钻头表面，切削在钻体内部先流出外钻管再流经内钻管。这种独立的系统较单管钻系统而言所需的压力更小，并且通常能够安装在通用的机床刀具中而无需对机床进行大的改造。在工件和钻套之间不需要密封，易于适应现有机床，特别适合普通车床、车削中心、卧式镗床和加工中心。用于加工可能出现密封问题的工件，扩孔钻头分为单刀片式和多刀片式扩孔钻，扩孔时使用的钻头和整体钻削时使用的钻头不一样。

它有一个优点，这就是它可以直接使用已预钻的孔，而不需要用钻套来导向。

喷吸钻由钻头、内外钻管、连接器、夹头和密封套筒组成。分为焊接式钻头和可转位刀片式钻头，一般焊接式钻头加工小直径的孔，可转位式钻头加工大直径的孔。冷却液浓度要合适，太浓易堵塞内钻管，没有回流，喷吸效果消失。太稀没有冷却效果。高压切削液起到润滑、冷却、和排屑的作用。当没有钻套时就需要一个深的导向孔，孔的直径公差相对钻孔直径而言应是正公差。