0 前言

      不鏽鋼閥體類（lèi）零（líng）件中存在著非常複雜的孔係（xì），其中的小深孔加工（gōng）問題（tí）是困擾實際生（shēng）產的一（yī）大難題。小深（shēn）孔鑽削問題是一個長期困擾機械加工領域的難題，研（yán）究人員通（tōng）過提高主軸轉速的手（shǒu）段來降低切屑厚度，以降低切削力、減少鑽頭折斷概率，並取得了較好的加（jiā）工效（xiào）果。但由於加工手段和（hé）刀（dāo）具條件的限製，高速鑽削不鏽鋼等難加工材料時（shí），無法解決切削發熱量大、加工硬化和刀具磨損嚴（yán）重等問題，研究人員曾得出了高速鑽削技術（shù）不（bú）適用於難加工材料小孔加工的結論。隨著加工手段（duàn）的豐富和刀具製造技（jì）術的提高，出現了專（zhuān）門用於不鏽鋼（gāng）小孔加工的高速內（nèi）冷鑽頭，為不鏽（xiù）鋼閥體零件小深（shēn）孔高速（sù）鑽削（xuē）加工（gōng）提供（gòng）了條件。但由於高速（sù）鑽削（xuē）加工（gōng）的限製條件較多，國內外關於不鏽鋼小深孔高速（sù）鑽削的研究還非常少見。

      本文將在分析高速（sù）鑽削技術加工不鏽鋼小深孔難點的基礎上，提出（chū）適應於不鏽鋼小深孔高速（sù）鑽削的解決方（fāng）法，並通過鑽削（xuē）試驗對上述方法（fǎ）進行驗證。

      1 不鏽鋼小深孔（kǒng）高速鑽削的關（guān）鍵技術問題與解決措施

      不（bú）鏽鋼小深孔加工既屬於難加工結構加工問題，也屬於難加工材料加工（gōng）問題。相對於普通小深孔鑽削， 高速鑽削加工不鏽鋼小深孔更加困難，主要體現（xiàn）在切削熱（rè）問題和排屑問題2 個方麵。

      （1）切削熱問題

      切削過程（chéng）中，切削功的（de）表現形式為切削熱；其他切削參數相同的情況下，切削速度越高，單（dān）位時間消耗的切削功越多，單位時間發熱量也越大。單位時間發熱量（liàng）

      由於材料強度高、切削速度快，不鏽鋼小深孔高速鑽削加工時發熱量極大。由於鑽頭在半封閉的環境下工作，切削熱（rè）很（hěn）難散失。如果不能采取有（yǒu）效手段將切削熱排出孔外，孔內會因切削熱積累產生（shēng）極（jí）高的溫度；高溫下鑽頭（tóu）發生退火（huǒ），強度（dù）和耐磨性能迅速下降，切削能力急劇降低；隨著溫度升高，黏結磨（mó）損和擴散（sàn）磨損成為刀具的主要磨損方式，鑽頭使用（yòng）壽命大幅（fú）降低。

      工程實踐中通常采用切削液來解（jiě）決（jué）切削（xuē）熱問題。對於（yú）小直徑深孔鑽削加工，很難從外部將切削液（yè）注入切削區（qū）， 隻能使用帶（dài）有內冷結（jié）構的鑽頭解決。

      假設鑽削過程（chéng）中切削熱完全、均勻地傳遞給切削液，切削區溫度（dù）與切削液溫度一致，則切削熱總量

      由式（4）可知（zhī），要維持切削區溫升不（bú）變（biàn），切削液的（de）流量La需與切削速度（dù）vz成（chéng）正比（bǐ）。若ΔT 為特定數值時，可以計算得到切削液流量（liàng）。由於鑽（zuàn）頭截麵形狀複雜，將鑽頭與孔作為整體考（kǎo）慮，由流體力（lì）學知識（shí），要達到所需流（liú）量La，切削液的供液壓力

      （2）排屑問題

      排屑問題是小直徑深孔鑽削加工（gōng）中的普遍難（nán）題。由於小鑽頭螺旋槽（cáo）淺、排屑困難，小深孔鑽削加工時經常會出現切屑堵塞問題。高（gāo）速鑽削時切削速度高，切屑產生速度也隨之增加，排屑問題更加突出；由於（yú）不鏽鋼（gāng）材料強度和韌性好，產生的切屑不易折斷，進一步增加（jiā）了排（pái）屑難度。大量切屑堆積在孔內很容易卡死（sǐ）鑽頭，造成鑽頭折斷。

      要解決小深孔高（gāo）速（sù）鑽（zuàn）削（xuē）的排（pái）屑問題，一種途徑是采用步進鑽孔的方法，通過鑽頭反複回退將切屑帶出孔外；另一（yī）途徑是使（shǐ）用大流量的切削液（yè）將孔內堆（duī）積的切屑強行排（pái）出孔外。步進鑽（zuàn）孔（kǒng）（又稱啄式鑽孔）， 是在鑽削過程中通過鑽頭周期性地回退來實現排屑和冷（lěng）卻鑽頭的一種鑽削方式（shì）。大量試驗證明步進鑽削是一種非常（cháng）有效的小（xiǎo）深孔加工手（shǒu）段。但是，由於（yú）鑽頭反複回退需要消耗大量時間，加（jiā）工效率偏低（dī）。使用切削液強行排屑的（de）方法與解決切削熱問題的方法一致，可以實（shí）現解決方法的統一。切削速度為vz時切屑生成速度（切（qiē）屑流動速度）

      式中ξ———切屑變形係數（shù）。

      要使切削液能夠強行帶走切屑，切削液的流速需遠大於切屑（xiè）生（shēng）成速（sù）度。假定切削液的流速va需要（yào）達到切屑生成速度的n 倍時才能達到強製排屑的作用。若鑽頭（tóu）兩螺（luó）旋槽橫截麵積和為A，則即強製排屑（xiè）所需切削液流量也與切削速度成正比。

      綜上（shàng）所述，要使高速鑽削順利進行，切削液的流量、壓力必須同（tóng）時滿足散熱和排屑兩方麵的要求。由於與流量相關的多個參數無法通過測量或計算方法得到，下麵（miàn）將通過切削試驗，結合機床的實際情況選取。

      2 不鏽鋼小深孔高速鑽（zuàn）削試驗

      由於小（xiǎo）深孔鑽削過程中的切削熱無法直接測量， 試驗中利用鑽頭的（de）磨損來間接表示（shì）切削熱情況。

      切削試驗在2 台MAZAK VCN510C 型立式加工中心上進行（háng），其中1 台經過改造，冷卻泵（bèng）最大額定壓力提（tí）高至15 MPa。

      分別使用普通麻花（huā）鑽頭和高速內（nèi）冷鑽頭（tóu）在易切削不鏽鋼（gāng）材料上加工（gōng）直徑2.5 mm 深80 mm 的孔，加工（gōng）參數（shù）如（rú）表1 所示。

      使用普通（tōng）麻花鑽（zuàn）頭加工時， 在高速鑽削條件下（xià），切屑很快便（biàn）將鑽頭卡死造成鑽頭折斷。因（yīn）此使用外冷（lěng）卻切（qiē）削液無法實現（xiàn）高速切削。改（gǎi）用低速加工（gōng）參數加工時，由於堵屑嚴重，加工過程（chéng）中必須頻繁退刀（dāo）排屑。加（jiā）工過程每進給1 mm 需要退刀排屑一次， 每孔加工時間約2 min。平均每支鑽頭可加工150 個孔。

      使用高速內冷（lěng）鑽頭（tóu）在未改造的加工中心上加工時，堵屑問（wèn）題仍然非常嚴重，加工過程中仍需（xū）頻繁退刀排屑。每孔加（jiā）工時間幾乎與使用普（pǔ）通麻花鑽時相同。

      使用高速內冷鑽頭在經過改造的加工中心上加工時，未出現堵（dǔ）屑問題（tí），加工可直接鑽通，中途不用退刀。每（měi）孔加工時間約30 s（包括輔助時間）。平均每支鑽（zuàn）頭可加工800 個孔。從壓力表示數可（kě）以看出（chū），冷卻泵的輸出壓（yā）力（lì）始終維持（chí）在10 MPa 以上，說明高壓冷卻（què）泵的流量能夠滿足該孔高速鑽削要求。

      從上述試驗可以看出， 在（zài）使用普通麻花鑽（zuàn）、外冷卻液的條件下，由於切削（xuē）過程中產（chǎn）生的大量切屑無法排出，很容易（yì）卡死（sǐ）鑽頭（tóu）造（zào）成鑽頭折斷，無法實現高速鑽削。在使用外冷卻方式時，由（yóu）於切削液無法深入孔內，切削熱很難散失，鑽頭磨損比較嚴重；由於鑽頭容屑空間小、切屑不易折斷等原因，堵屑問題也非常嚴重。在低壓內冷卻（què）液條件下，堵屑問題仍然無（wú）法（fǎ）解決，仍然無法實現高（gāo）速鑽削（xuē）。在高壓（yā）內冷卻液條件下，堵屑問題得到解決，切削液帶走切屑的同時（shí）也將切（qiē）削熱帶出孔外，切（qiē）削熱問題也（yě）隨之解決，加工效率顯著提高。

      3 結語