干切削技术在深孔加工中的应用研究

乔培平

(陕西工业职业技术学院 机械工程系，陕西 咸阳 712000)

干切削技术在深孔加工中的应用研究

乔培平

(陕西工业职业技术学院 机械工程系，陕西 咸阳 712000)

摘要：深孔干钻削是干加工工艺中最难的工艺，但通过改进深孔钻头的几何形状和几何参数可以解决这一问题。简述了气体喷吸钻的工作原理，介绍了气体喷吸钻的组成、材料及结构特点。为确保可靠排屑、减少摩擦，对钻头的结构和几何参数做了适当的改进。详细介绍了几何参数选择时应遵循的原则及具体数值，并与传统的切削液深孔钻削进行了对比，为生产中深孔干钻削参数的优化提供了参考。

关键词：深孔干钻削；气体喷吸钻；几何参数；可靠排屑

钻削加工时钻头处在半封闭的空间中，钻削产生的热量也聚集于此，同时切屑也必须从孔中排出；因此，不使用切削液的干钻削就显得更为困难，尤其是深孔干钻削。深孔加工常用的钻头有枪钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等。下述介绍利用普通喷吸钻的工作原理，以压缩空气代替切削液的深孔加工方法，对钻头的结构设计和几何参数的选择进行了适当的改进，制造工艺较为简单。

1气体喷吸钻工作原理

气体喷吸钻工作原理图如图1所示，压缩空气由进口处进入后，2/3的气体从内、外管之间通过钻头上的小孔进入切削区，另外1/3的气体从内管后端的斜孔向后排出，由于斜孔很小，气体流速很快，从而产生喷射效应而形成一个低压区[1]，使管的后端对切削区有一定的吸力，将切屑很快向后排出。

图1　气体喷吸钻工作原理图

2气体喷吸钻钻头结构

气体喷吸钻钻头的结构示意图如图2所示，与普通喷吸钻刀片的错齿排列方式不同，气体喷吸钻钻头刀片的切削刃采用在钻头中心线上连续排列的方式。一方面可以有效地减少径向切削力的不对称，有利于减少因径向力而引起的钻杆偏斜[2]；另一方面有利于制造并增强刀尖的强度，根据直径大小和钻头各部位的切削条件，可以用一到几片不同牌号的硬质合金刀片焊接在刀体上，通常在钻头中心应选择韧度较好的刀片，如YT5等，而在钻头的外缘则可选择高温切削性能较好的刀片，如YT15和YW2等。

图2　气体喷吸钻钻头的结构示意图

3气体喷吸钻钻头几何参数的选择

用于深孔加工的钻头通常应考虑排屑问题，因此，深孔加工刀具几何参数的选择应确保具有特别好的排屑效果。在深孔干钻削中，刀具几何参数的优化非常重要，具体选择原则如下。

1)钻尖角。由于刀片布置较对称，径向力较小，因此，取较适中的120°左右的钻尖角，这样可以增大刀片外缘的刀尖角，改善散热条件，提高钻头寿命。

2)前角。因为钻头切削刃的各处切削力不同，为保证切削刃的强度和切削效率，靠近钻头外缘处可采用8°～15°的前角，而在钻头近中心处，为防止崩刃，可采用0°～-5°的前角。为增加切削刃的强度，可用油石在切削刃上修磨出0.05～0.1 mm、0°～-5°的倒棱。

3)后角。为增强钻头的强度，后角可适当取得小一些，钻削钢材时，后角可取5°～8°。

4)分屑槽。在切削刃上应磨出分屑槽，分屑槽的尺寸取槽宽为1～1.5 mm，槽深0.3～0.5 mm为宜。这样可减少切屑的宽度，使切屑变形减小，有利于排屑的顺畅，2条分屑槽之间切削刃的长度应根据钻头排屑孔的大小决定，一般可在5～10 mm之间选择。

5)断屑槽。切屑的形状是关系到深孔加工成败的关键，切屑的形状以C形为佳。由于断屑情况取决于工件材料、切削用量和刀具几何参数等因素，所以断屑槽参数应通过试验才能最后确定，在制造时，可先在车刀上进行试验以获得更理想的断屑效果。

此外，气体喷吸钻钻头刀片的外缘与孔壁接触处应修磨圆滑，这样刀片外缘可代替导向块，降低了制作成本。

要使切屑顺利地从内管排出，内管的排气小孔的加工质量十分重要。孔的轴线与钻头的轴线成30°角[3]，角度太大，不利于在管内形成低压空间和产生喷吸效应，角度太小则加工比较困难。如果内管的管壁较厚，小孔可直接在内管壁上加工，如果管壁较簿，可利用内、外管末端的密封圆环配合加工，直接在密封圆环上加工出斜孔。

当钻头直径较小时，为了尽可能增加内管内径，可直接在刀体上铣出直槽来代替6个小孔[4]，但此时刀体末端与外管的配合间隙应尽量减小，以减少气体的泄漏。刀体与外管的联接应采用多头方牙螺纹，以便于钻头的拆卸。

4结语

与使用切削液的喷吸钻相比，气体喷吸钻的刀片散热较为困难，因此温度较高。为此，可在进气口处增加一个定量泵，并使切削液雾化后进入进气口，这样可大副度改善刀片刃口的工作状况，从而提高切削速度。设计或选择合理的气体喷吸钻几何参数，可改善切屑形成的状态，有利于切屑的排出，减少切削热等。通过合理地选择钻削用量(如钻削速度和进给量)，排屑情况改善可能更方便和更有效，但干钻削深孔加工出的孔表面质量不如湿式钻削好。

需要指出的是，气体喷吸钻的结构和几何参数的选择与刀具材料、被加工工件材料、钻削用量、机床条件及冷却方式等因素有关，使用者需经过一定的工艺试验研究后优选，才能取得适用于生产实际的优化值。

参考文献

[1] 任家隆,刘志峰,唐文献.干切削理论与加工技术[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2] 沈岷山.深孔加工中干式切削方法的应用[J].工具技术,2002(3):43-45.

[3] 刘志峰.干切削加工技术的发展及应用[J].机械制造,1997(9):26-28.

[4] 吴希让.用于干切削的新型刀具[J].工具技术,1999(2):38-39.

责任编辑郑练

Application of Dry Cutting Technology in Deep Hole Machinig

QIAO Peiping

(College of Mechanical Engineering, Shaanxi Industrial Vocational and Technical, Xianyang 712000, China)

Abstract:Deep hole drilling process is the most difficult process to dry machining, but through improving the geometry and geometric parameters of deep hole drill, the problem can be solved. The paper described the working principle of the gas jet drill, introduced the composition, material and structure characteristics of the gas jet drill. To ensure reliable chip, reduce friction, structural and geometrical parameters of the drill, geometry parameters were improved properly. Details of the geometric parameters selection should follow the principles and specific values, compared with the traditional cutting fluid in deep holes drilling. It provided reference for the production of deep hole drilling dry cutting parameters optimization.

Key words:deep dry drilling, gas jet drill, geometric parameters, reliable chip

收稿日期：2014-06-04

作者简介：乔培平(1975-)，男，讲师，本科，主要从事设备控制技术和金属切削刀具等方面的研究。

中图分类号：TG 5

文献标志码：A