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長（zhǎng）軸深孔加工工藝優化

2020-5-6 來（lái）源：中國航發沈陽黎明航（háng）空發動機有限責任公司作者：金少（shǎo）博唐殿宇李晶晶（jīng）

摘要：長軸是海（hǎi）下管道的關鍵零件之一，本文介紹了長軸深孔加工在研製過程中所遇到的技（jì）術難題，通過（guò）大量的試驗研究（jiū），運用理論（lùn）和實際相結合的方法，解決（jué）首件加工時間長、質量需提高的現狀，經過對（duì）深孔加工的分析，找出（chū）了解決深孔加工的有效方法，解決了如下問題：（1）長（zhǎng）軸（zhóu）深孔加工因係統剛性差，強度低，切（qiē）削易產生振動、波紋，影響深孔加工精度，刀具耐用度和切削效率的（de）問題；（2）在原長軸深孔加工工藝（yì）的（de）基礎上，提出了新的優化（huà）工藝路線；（3）從加工餘量、加工參數、定位夾緊（jǐn）、刀具的選（xuǎn）擇、排屑方式等不同的（de）角度進行了研究，提出了控製方案。

關鍵（jiàn）詞：深孔加工；工藝路線；深孔

深孔加工技術已在航（háng）空、航海（hǎi）行業獲得相當廣泛的應（yīng）用，在航（háng）空發動機、登陸艇、潛水艇等（děng）高尖（jiān）端產（chǎn）品上，大（dà）量的使用（yòng）長軸類零（líng）件，這些零件的加工，離不開深孔（kǒng）加工技術，長軸深孔加工技術在機械加工中占有非常重要的地（dì）位，也是當前國內該行業關注的課題。

由於長軸在艦載機，登陸艇等領域（yù）使用，場合具有（yǒu）特殊（shū）性，其內（nèi）部主要安裝電（diàn）子元件，該零件（jiàn）對加工後深孔要求嚴格，在加工中如何控製內孔波紋，保證深孔加工精度（dù），提（tí）高刀具耐用（yòng）度和切削效率等問題是需要解決的難題。下麵從工藝分析、加工試驗及控製等方麵作以闡述。

1 、長軸加工（gōng）工藝（yì）性分析

深孔加工是機械加工中難度較（jiào）大、技術含量較高、專業性較強、加工成本（běn）較高的一種孔加工技術，該深孔長軸是石油管道（dào）的關鍵零件之一，長徑比（bǐ）為12 以上，精度要求高，長（zhǎng）軸深孔生產不僅要滿足市場需求，還要大幅（fú）度地（dì）提高深孔加工精度（dù）和生產（chǎn）效率，需要深入開展深孔加工工藝優化工作，其（qí）加工（gōng）難度主要有以下幾點：

（1）深孔加（jiā）工中（zhōng）因係統剛性差（chà），強度低，切削易產生振動、波紋，影響深孔加工精度。

（2）外排屑方式（shì）在卡盤處軸向無法頂緊，加工中軸向尺寸在串動，影響長度尺寸。

（3）加工餘量、加（jiā）工參數、定位夾緊（jǐn）、刀具的選擇、需（xū）要調整和重新確定，在原長軸（zhóu）深（shēn）孔加工工藝的基礎上，提出新（xīn）的優化工藝路（lù）線。

2、加工工藝路（lù）線

該零件（jiàn）原加工工藝路線：毛料（liào）（棒料）→打頂針孔→車基準→車引導孔→鑽孔→擴孔→精車外圓基準→鏜孔→鉸孔→車外圓（yuán）→車總長→車坡口→去毛刺→標印→清洗→最終檢驗→入庫，上述主要工序在數控車床和深孔鑽床上完成。在實施上述加工工序（xù）時，暴露出加工（gōng）餘量、加（jiā）工參數、定位夾緊、刀具的選擇、冷排屑方式等問題（tí）。

3 、確定有效、優化（huà）的長軸深（shēn）孔（kǒng）加工工（gōng）藝方案

3.1 確定優化工藝（yì）路線

該（gāi）零件優化加工（gōng）工藝路線：毛料（棒料（liào））→打頂針孔→車（chē）基準→車引導孔→鑽孔→鏜孔→車引導（dǎo）孔→鏜孔→車外圓（yuán）基準→車引導孔→鏜孔→珩磨（mó）→車外圓→車總長→車坡口→去毛刺→標印→清（qīng）洗→最終檢驗→入庫。

上述主要工序在數控車床（chuáng）和深（shēn）孔（kǒng）鑽床上（shàng）完成。與原加工工藝路線比將（jiāng）鑽孔、擴孔、鏜（táng）孔、鉸（jiǎo）孔改為鑽孔（kǒng）、鏜孔、珩孔，可以用珩磨來加工，加工出來的深孔光潔度好，尺寸精度好，大大節省了加工時間，提高（gāo）了加工質量。

3.2 改進引導孔與鑽（zuàn）頭間隙（xì）的影響，解決切削（xuē）產生（shēng）的振動

波紋，影響深孔加工精度及刀具（jù）耐用度為了正（zhèng）確（què）引導鑽頭入鑽，通常采用在長軸（zhóu）上（shàng）加工出（chū）引（yǐn）導（dǎo）孔（kǒng），以達（dá）到引鑽（zuàn）作用，但是鑽頭會與引導孔之（zhī）間產生（shēng）一定的間隙，此間隙將會引起引導孔引鑽時產（chǎn）生誤差，並隨著軸向引導力的增大而（ér）增大。在鑽（zuàn）孔的（de）過程中，沿鑽頭的水平方向會產（chǎn）生（shēng）一個徑向力，這個力作用在鑽頭引導塊上（shàng），使引導塊與引導孔壁接觸，鑽孔（kǒng）的（de）方向就會偏移既定（dìng）方向，導（dǎo）致鑽（zuàn）出的孔過小，有的甚至比鑽頭直（zhí）徑還要小。當鑽頭繼續往裏走（zǒu），走過引導孔，則鑽頭與引（yǐn）導孔（kǒng）間隙（xì）越來越小，鑽頭將不會產生（shēng）偏移，鑽孔的孔徑趨於穩定。但（dàn）是，當鑽頭與引導孔之間的（de）間隙過小時，鑽頭容易與（yǔ）引（yǐn）導孔產生劇烈摩擦，最終產生抱轉（zhuǎn）現象，造（zào）成刀具的損（sǔn）壞以及零件的報廢。由此可見，引導孔與鑽頭縫隙直（zhí）接影響深孔鑽頭的耐用性和鑽孔質量，也是控製內（nèi）孔（kǒng）表麵質量的關鍵（jiàn）因素，我們采（cǎi）用實測刀具尺（chǐ）寸，引導（dǎo）孔應與刀具的尺寸間隙控製（zhì）在0.03mm 左右（yòu），精確引導加工過（guò）程穩定，深孔（kǒng）鑽削內（nèi）孔表（biǎo）麵質（zhì）量提高效果顯著，經改進鏜孔加工由原來每鏜（táng）150mm 長用一（yī）刀片刃，改進為每鏜（táng）500mm 長（zhǎng）用一刀片刃，有效地提高了深（shēn）孔鑽頭、鏜（táng）刀（dāo）的耐（nài）用度，並提高了效（xiào）率，保證（zhèng）了深孔質量。

3.3 導塊位置的影響

長軸深孔加工過（guò）程中，導（dǎo）塊的（de）位置（zhì）對（duì）最終（zhōng）加工形狀精度有著非常重要的影響，導塊必須在其固（gù）有的軌道上運行，才能保證加（jiā）工過程（chéng）中鑽（zuàn）頭的穩（wěn）定。特別是出鑽與引鑽時，在這（zhè）兩個過渡狀態，鑽頭有時（shí）會（huì）很不穩定，會產生劇烈振（zhèn）動，使鑽頭偏離軌跡，影響鑽孔精度。我們（men）在鑽頭體後端增設一減振塊（kuài），當鑽頭鑽孔時，鑽頭與引導孔（kǒng）接（jiē）觸，鑽頭因所受（shòu）到的作用力而失去平衡，鑽孔（kǒng）方向發生偏移，並產生扭轉振動，此時減振塊將起到減振的作用，並保（bǎo）護（hù）刀刃和提升加工孔的形狀精度。

3.4 改進深孔鑽排屑方式

由於外排屑方式在卡盤處軸向無法（fǎ）頂（dǐng）緊，油壓不夠，刀具沒有（yǒu）充分潤滑和充分冷（lěng）卻，刀片磨損嚴重。加工中軸（zhóu）向（xiàng）尺寸在串動，影響長度（dù）尺寸。經（jīng）改造深孔鑽的排屑方式，將外（wài）排屑（切屑從刀杆（gǎn）外部排出，切屑沿刀杆外部向（xiàng）後排出，切削液從鑽杆內部進入）改為內排屑（切屑從刀（dāo）杆內部排出，切削液從鑽杆內部進入），自製一個轉接套，用卡（kǎ）盤夾緊並頂緊（jǐn）軸端（duān），這樣軸向尺寸（cùn）得到了控製，內排屑時對切屑的長短和（hé）形狀要加以控製（zhì），保持良好的高溫潤滑性，良好的滲（shèn）透性、排屑性，使切削液能及時滲透到刀刃（rèn）上，並保證切屑能順利排出。

3.5 采用合理的（de）切（qiē）削（xuē）參數

鑽孔時，切削速度v =37.68m/min，進給量=24mm/r，背吃刀量ap=26.2mm ；鏜孔時，切削速度v=27.73m/min，進給量=12mm/r。

3.6 改進刀具、裝夾方式、輔助支撐（chēng）增強剛性

3.6.1 刀具的選擇

深孔加工的難點在於刀具細長、剛度差、強度低，由於（yú）鏜杆較細長，其扭轉振動將直接影響加工精（jīng）度、刀具耐用度和切削效率。有效地控製鏜杆振（zhèn）動，提高深孔（kǒng）加工精（jīng）度。我們選用的刀具，盡可能提高刀具（包括鑽頭和鑽杆）整體的剛度，鏜刀上有導向體，有（yǒu）效解決了鏜杆振動問題，提高了（le）深孔加工精（jīng）度和孔壁表麵質量（liàng），也可適當加大深孔（kǒng）鑽削時的進給量，生產效率也得到相應的提高。

3.6.2 夾緊方式的改進

在（zài）進行（háng）加工軸的外圓基準時由原來的（de）一夾一頂方式改為兩（liǎng）端雙頂方式，長軸的（de）內孔、外圓同軸度得到了（le）改善。

3.6.3 改善長軸深孔加工係統剛性

深孔加（jiā）工中因係統剛性差、強度低、切削易產生振（zhèn）動及波（bō）紋，影響深孔加工精度，因而輔助支承極為重要，為了增加工（gōng）件的剛性，在工件中間安裝中心架，中心架支承爪與工件（jiàn）間隙恰當、接觸均勻，零件隻能繞軸線旋轉，有效地減（jiǎn）少了切削（xuē）振動和彎曲變形。

結語

研究了（le）深孔加工工藝（yì）優化的基本實現（xiàn）途徑，改進了加工方（fāng）法、工藝參數，通過理論與實踐的（de）結合摸索出加（jiā）工長（zhǎng）軸深孔的有效工（gōng）藝措施，優化深孔加工工藝能夠（gòu）有效地提高了深孔加工精度、提高了加工效率（長軸單件加工生產效率提高25% 左右，組件加工效率提高20% 左右）、提高零件的加工（gōng）質量（liàng）、提高加工效率、提高刀具耐（nài）用度減少加工成本，在長（zhǎng）軸深孔（kǒng）加工方麵積累了加（jiā）工經驗，為長軸批（pī）產奠定（dìng）了良好（hǎo）的基礎，對（duì）公司製造技術水平的提高和業務的發展有著重要的（de）意義。

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