烟枪主体超长深孔加工试验与分析

张超龙

0　引言

深孔加工难度高，加工工作量大，是机械加工中的关键性工序，特别是孔径小于10mm时，加工非常困难。长径比过大、刀具加工环境封闭，这些因素都是造成超长深孔加工困难的重要原因。

根据常德烟草机械有限公司机加车间的工艺能力和Cr12MoV（225-250HB）工艺特点，选择传统钻削加工，重新设计并定做了两把整体合金内冷深孔钻，该钻花带有双圆弧韧带设计，双切削刃，副后角切削刃并带有涂层。希望能够通过新材料刀具和合理的切削参数设定来达到传统钻削在超长深孔加工上的突破。

1　烟枪主体超长深孔加工问题

烟枪主体材料为Cr12MoV，在加工两个长径比为81的Φ9孔时，常会导致下述问题：①深孔加工具有长径比大、钻杆细而长、刚度较低的特点，加工时产生弯曲造成孔的直线度超差，中心对接位置发生严重偏移 （1.5mm～2mm）且与其垂直方向螺纹孔孔壁相交，导致零件报废；②排屑不流畅，造成刀具与铁屑滞留，由于铁屑的挤压，造成孔内壁质量、表面粗糙度差、刀具断裂；③普通钻头没有内冷系统，冷却液不能很好地到达钻头刃口处，散热困难，切削温度过高，加剧刃口磨损。

2　加工工艺的对比与选择

烟枪主体预制件加工从产生以来经过了数代工艺人员的改良，已经获得了长足的进步。但是深孔加工自身固有的加工缺陷却始终存在。

对比之前的工艺方法，根据Cr12MoV工件工艺特点，选择传统钻削加工，重新设计并定做了两把整体合金内冷深孔钻 （涂层HELLCA+TOP），长度分别为240mm、420mm。并选择了高精度的卧式加工中心，希望能够通过使用新设备、新材料刀具和合理的切削参数设定来达到传统钻削在超长深孔加工上的突破。

图1　内冷合金钻花Fig.1 Cold alloy drilling flowers

3　深孔钻削试验

3.1　试验目的

本次试验就是在特定的条件下通过选用新的刀具以及合理的加工参数进一步减小这些缺陷对工件加工及加工质量的影响，同时提高加工刀具的寿命。

3.2　试验设备及试验材料

试验设备：HEC630卧式加工中心，该机床的回转精度为4″，重复回转精度3″，定位精度0.006mm重复定位精度0.004mm。

刀具：整体合金内冷深孔钻（双韧带，双切削刃，涂层HELLCA+TOP）

试验对象：烟枪主体预制件，物料特性如表1所示。

表1　烟枪主体预制件物料特性Tab.1 Material characteristics of the cigarette making equipment

3.3　试验方法

为了分析加工参数对该零件深孔加工质量和刀具寿命的影响，以刀具转速，进给速度，单次进给深度为参数，以加工孔壁质量、加工孔位置偏差、加工件数为指标，进行多因素正交试验与分析，确定合理加工参数范围以及最优加工参数组。

试验前现将被加工零件校正，以大面向下定位装夹，加工方式采用两端对接加工，加工前用电子侧头校正两端面。加工程序采用深孔钻削循环程序，两头对接加工，在加工完一端时，用螺纹堵头堵住后才能加工另一面，保证两端接通时切削液能稳定的回流。

加工完成后取下工件，测出孔口粗糙度，孔轴线偏差（孔对接处偏差），并且记录；同时测量钻花磨损程度并根据经验公式计算出加工件数，然后调整刀具转速，进给速度，单次进给深度重复上述试验。

正交试验因素水平表如表2，选用标准正交表L9（34）安排试验，根据前期试切结果和刀具推荐参数，选择如下参数值作为试验参数范围：

表2　试验因素水平表Tab.2 Test factor level

3.4　试验结果与分析

对正交试验结果进行极差分析，结果见表4，可以看出，影响孔口粗糙度的主次因素顺序是BCA，影响孔轴线偏差的主次因素顺序是BAC，影响加工件数即刀具寿命的主次因素顺序是CBA。

对降低孔口粗糙度的这三个因素的较优组合是B1C2A2，对降低孔轴线偏差的较优组合是B1A1C1。对提高加工件数即刀具寿命的较优组合为C2B2A1。

每个指标所对应的最优参数不同，根据因素的影响的大小，结合之前的加工经验，以孔轴线偏差不大于1，孔口表面粗糙度不大于1.5，加工件数最大为最优为目标，综合考虑，最优组合是A2B2C2。

表3　正交试验结果表Tab.3　Orthogonal test results

表4　正交试验极差分析表Tab.4 Analysis table of polar difference of orthogonal test

4　结论

传统的钻削加工方式通过改进刀具材料，选择高精度加工机床，可以有效的解决直径不大于10的超长深孔加工难题。

工艺试验的结果表明，孔口粗糙度的主要影响因素是转速，孔轴线偏差的主要影响因素是转速，加工件数的主要影响因素是单次钻削深度，次要影响因素是转速。

根据试验数据以及分析，三个试验参数均对孔口粗糙度、孔轴线偏差，加工件数有一定影响。根据实际生产要求，得出来一组最优加工参数组合，为后续加工提供参考。

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