与大偏心孔相贯深孔的加工研究

2014-11-26郭进举陆景旭方绍英于海勃赵克勇齐树新刘海川

机械制造 2014年8期

□ 郭进举 □ 陆景旭 □ 方绍英 □ 于海勃 □ 赵克勇 □ 齐树新 □ 刘海川

中国石油集团济柴动力总厂济南 250306

图1所示是某发动机零件上的一种与大偏心孔相贯的深孔。在60°的斜面上加工一个φ20.5 mm的深孔，在深度213 mm处穿过与φ80 mm孔轴线偏心15.5 mm的主油道孔，再贯穿主螺栓孔及齿轮座孔。

1 零件加工的现状

此孔原来的加工方法是先用锪刀在斜面加工出φ35 mm的孔，再用φ20.5 mm的麻花钻钻至一定深度后，接下来用枪钻钻深。在枪钻钻出相贯φ80 mm孔接触到孔的圆弧面时，刀具受抗力偏离正常轨迹开始上偏。偏离幅度大时，会出现刀片崩裂，造成刀具损坏；当偏离幅度小时待加工至终点后，往往会偏离正常轨迹5～10 mm，造成加工后零件供油严重不畅。因检查困难，还会出现与横油孔不贯通，一旦出现问题不能修补，就会造成零件报废。

2 受力分析

如图2所示，合金枪钻接触到φ80 mm孔相贯孔圆弧面时，刀刃受到一个向前的分力F1和一个向上的分力F2，它们的合力F偏离中心线，合力方向偏上。

3 刀具的受力情况分析与工艺措施

刀具的受力情况分析如下。

（1）合金枪钻刃部成型复杂（见图3），是个不完整的圆柱，还带有两个出水孔，因而壁厚不均，成型后有很大的内应力。虽然枪钻刃部外缘切削速度最高，但由于枪钻使用时有润滑液而减少了磨损，在接近中心处切削线速度趋近于零，切削刃如同楔子一样在高压下剪切工件圆弧面，此时刀刃磨损虽小但所受挤压应力却很大，刀具受到一个向上的抗力F，造成径向切削分力不平衡，致使枪钻偏离中心线。若进给速度修正不及时，易使刀片碎裂，甚至合金刀头折断卡死在零件内，如图4所示。

▲图1 所加工的深长孔示意图

▲图2 枪钻接触到相贯孔圆弧面时的受力分析

▲图3 所用合金枪钻

▲图4 断掉合金刀头的枪钻

（2）φ20.5 mm的合金枪钻工作部分接触到φ80 mm孔圆弧面时，φ19 mm的刀杆正好在φ20.5mm的孔内，单边间隙0.75 mm，不能起到支撑作用，这是造成刀具向上偏移、加工孔偏离理论位置的主要原因。

3.1 待解决的问题

（1）枪钻接触到贯穿孔时应是一个平面；（2）枪钻应保证切削分力近似平衡，能沿着刀尖自身的旋转轴线前进。

3.2 工艺措施

（1）使用平面铣刀加工；（2）须带有后导向的刀具。

4 刀具改进方案

为了解决产品加工质量问题，提高孔加工的合格率，笔者进行了大量的工艺攻关。由于枪钻这种刀具无法控制准确的运行轨迹，考虑增加刀具后导向，在钻出φ80 mm孔后，用带后导向镶条的平面铣刀加工（见图5），当刀刃开始接触到相贯的圆弧面时，刚好两个后导向镶条起到支撑导向作用，缺点是振动较大。同时，随着孔加工深度的增加，退屑越来越困难，严重阻碍走刀，如果不及时停止进刀，会出现刀杆折断的后果。

针对加工中刀杆振动大、退屑困难和刀具折断的情况，经分析，由于此时孔深已近300 mm，加工后排出的铁屑一部分沿着横贯穿孔排出，还有一部分挤入已加工好的φ20.5 mm的深孔内，退不出来，铁屑与导向嵌条挤压，造成刀杆振动，严重影响走刀的深入。

▲图5 带后导向镶条的刀具

▲图6 内冷排屑深长孔后导向铣刀

5 刀具的再次改进

在深孔的枪钻加工中，排屑非常关键，要采用高压冷却排屑方式，需根据刀具直径、孔的长度及切削液黏度在刀具中心增加内冷孔，出水孔安置在支撑导向处的6个凹槽内，如图6所示，具体改进方法为：①采取高压内冷排屑，铁屑在高压切削液的冲洗下，会随着切削液及时排出，不阻碍正常走刀。②出水孔安置在后导向中间处的6个凹槽内，为40 mm长支撑导向处将起到降温和润滑作用，走刀平稳，径向切削分力近似平衡，刀具沿着刀尖自身的旋转轴线前进，保持良好的导向，从而延长了刀具的使用寿命。

经试加工，刀具工作情况正常，大大改善了切削状态，工件加工合格率大幅提高。