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槍鉆技術--金石機械

2016-04-20 08:40??點擊:

摘要:傳統上小直徑深孔加工主要采用接長麻花鉆,本文論述了應用槍鉆在普通鏜床上加工深孔的方法。簡述了槍鉆的工作原理、組成結構和主要參數,以普通鏜床深孔加工為對象,對槍鉆和接長麻花鉆進行了切削對比試驗,論述了槍鉆切削加工深孔的主要工裝、參數確定過程和加工效果,測量了各切削參數.應用實例表明:槍鉆具有加工精度高、加工時間短、鉆頭壽命高、排屑好的特點,在小直徑深孔加工方面具有推廣價值。 0 .引言 目前,帶有小直徑深孔的產品數量越來越多,按傳統方法加工,只能采用接長麻花鉆,每加工大約1~2倍直徑的深度必須退刀排屑
摘要:傳統上小直徑深孔加工主要采用接長麻花鉆,本文論述了應用槍鉆在普通鏜床上加工深孔的方法。簡述了槍鉆的工作原理、組成結構和主要參數,以普通鏜床深孔加工為對象,對槍鉆和接長麻花鉆進行了切削對比試驗,論述了槍鉆切削加工深孔的主要工裝、參數確定過程和加工效果,測量了各切削參數.應用實例表明:槍鉆具有加工精度高、加工時間短、鉆頭壽命高、排屑好的特點,在“小直徑深孔加工”方面具有推廣價值。

0.引言

目前,帶有小直徑深孔的產品數量越來越多,按傳統方法加工,只能采用接長麻花鉆,每加工大約1~2倍直徑的深度必須退刀排屑,不僅加工精度低、表面粗糙度差,加工效率低、操作勞動強度大,質量難以保證,而且很容易引起“堵屑”或折斷鉆頭,造成更大的加工困難,因此,“大長徑比小深孔加工”是困擾很多企業冷加工系統多年的難題,也是工藝人員和操作者的一塊“心病”。如何為傳統制造企業何解決好小直徑深孔的加工,已成為迫在眉睫的課題。而槍鉆在某傳統制造企業的成功應用和推廣,很好的解決了這個困擾企業多年的難題。

槍鉆因最早用于兵器工業加工槍管而得名,主要用來加工φ2~φ20mm小徑深孔,是目前深孔鉆削中的一種優質高效工具。美國鉆科公司(DRILLMASTERS)公司作為世界上最主要的孔加工旋轉切削刀具供應商之一,在槍鉆的研發和制造方面具有多年的成功經驗,其所研發的刀具具有切削效率高、加工精度好和刀具壽命長等特點,已廣泛應用于汽車工業、航天工業、結構建筑工業、醫療器材工業、模具/刀具/冶金工業及油壓、空壓工業等制造業領域。

1.槍鉆的工作原理

專業的槍鉆系統由深孔鉆機、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷卻系統組成(見圖1)。槍鉆柄部被夾持在機床主軸上,,鉆頭通過導引孔或導套進入工件表面,進入后,鉆刃的獨特結構起到自導向的作用,保證了切削精度。這時冷卻液通過鉆頭中間的通道到達切削部位,并將切屑從排屑槽帶出工件表面,同時對鉆刃進行冷卻和對背部的支撐凸臺進行潤滑,從而獲良好的加工表面和加工質量。
 
1.1槍鉆的結構

如圖2所示,槍鉆由鉆刃、刀身、驅動柄三部分組成。

(1)鉆刃

鉆刃是整個槍鉆的關鍵部分,其獨特科學的組合結構保證在完成切削工作同時還起到自導向的作用, 可以通過一次貫穿得到一個高精度的深孔。鉆刃有兩個基本度,可以根據被切削工件的材料及形式來選擇最恰當的組合,以便于工作更好的平衡切削力和斷屑,并將切削力傳遞給支撐凸肩,保證良好的直線度和同軸度。鉆刃有很小的倒錐度并且直徑較刀身略大,可以保證鉆身可以在切削孔內自由旋轉而不會磨擦孔內壁的切削表面,根據不同要求,刃部有單圓孔、腎型孔和雙圓孔的通道同刀身的油道連接,高壓的冷卻液可以通過此通道到達切削點,并將切屑帶出工件。鉆刃支撐的幾種主要的外圓輪廓形式(見圖3):

R1 型:標準肩部形式,適用于碳鋼、不銹鋼、鎳合金及鋁等一般切削,工作時,刀具同被切削面的擠壓作用最小;
R2 型:適用于鉸孔與非鐵金屬切削;
R3 型:高陸式支撐肩部, 更好的控制加工尺寸,被加工面的光潔度要求很高時采用;
R4 型:高陸式支撐,尾部加高,適用于交叉孔、盲孔、擴孔的加工;
R6型:高陸式支撐、尾部加高鉸刀式,同鉸刀組合,用于擴孔加工,導向性好;

R9型:高陸式不連接支撐肩部, 更好的控制加工尺寸。

(2)刀身

刀身采用航天工業專用合金鋼材并經熱處理制成,刀身有110~165°的V型槽,高壓切削冷卻液經驅動柄、刀身油孔到達刃部后從此V型槽排出孔外,并將切屑帶走,為保證切削的直線度和同軸度,刀身必須有足夠的強度以便在較小的扭轉變形下提供切削所需的扭矩,同時刀身也必須有足夠的韌性,這樣才能吸收刀身高速旋轉產生的震動。

(3)驅動柄

驅動柄完全依照標準工業加工法的規定制造。其與刀身相接的頸部處有消除應力的光滑弧狀凹槽以避免因應力集中而產生破壞,驅動柄為圓柱形,側面一般加工有兩個平面,供夾持套筒鎖緊整個鉆頭本體。

1.2 高壓冷卻系統

高壓冷卻霧化裝置是整個槍鉆系統關鍵的一個系統,它在加工過程中起到潤滑、冷卻、排屑的作用。輸入系統的壓縮空氣一部分驅動脈沖泵形成噴霧,另一部分空氣連續驅動活塞泵,通過雙路管線和高流量噴霧裝置加壓給切削液,將切削液輸送至鉆頭切削區,被霧化后的切削液吸收切削區的熱量,冷卻、潤滑槍鉆刀頭,并將切屑強制吹出工作物外。

2.槍鉆的應用情況

由于該傳統制造企業沒有專用的槍鉆機床,從經濟效益角度出發,改造既要有好的效果,又要利舊,所以整個槍鉆系統必須建立在應用現有的鏜床和車床的基礎上,而且該系統的應用不能破壞原機床的加工特性。經分析對比,最終選擇在一普通鏜床上安裝槍鉆系統。

2.1槍鉆系統的安裝和試切削

(1)主要工裝:莫式錐柄夾持套筒一個[1](見下表1),;速比為1:3.81的主軸增速器1個。
表1 莫式錐柄夾持套筒

(2)試切對象,均為45#調質鋼,HB230~260的軸類零件。

(3)切削方式,采用工件固定,刀具旋轉的方式。

(4)槍鉆支撐軸肩類型的選擇,根據試切對象的材質,選擇了兩組不同長度的R1型槍鉆:一組為φ10的鉆頭4支(分為300、600、900、1200mm 4級);另一組為φ11的鉆頭3支(分為400、800、900、1200mm 3級)。

(5)鉆尖幾何參數的選擇。槍鉆鉆削主要決定于外刃角φ外、內刃角φ內及鉆尖的偏心距。鉆尖角2φ[2φ=180°-(φ外+φ內)],一般來說較硬的材料需要用較小的鉆尖角,較軟的材料則需用較大的鉆尖角,無論鉆尖角度如何,外刃角和內刃角的選用必須保證鉆頭在切削時的徑向分力和主切削力能合理的作用在鉆頭的支撐區上,以便起到擠光孔表面的作用。切削刃的交點位置距離鉆頭中心一般為1/4直徑。根據硬質合金槍鉆受力平衡分析,要求外刃徑向切削力等于內刃徑向切削力,但實際加工過程中很難保證。為了避免鉆孔偏心,只有外刃徑向切削力大于內刃徑向切削力,才能使徑向合力始終作用于待加工表面[3]。于是,一般用于加工鑄鐵和普通鋼材時取外刃角φ外=30、φ內=20[2],如圖4所示。

(6)引導孔的加工,在兩種工件上分別預制一精度為φ10 、φ11 ,深度分別為5mm、5.5mm的引導孔后,分別加工了φ10×1165mm(300、600、900、1200mm 4級)、φ11×1150mm(400、800、1200mm 3級)的深孔。

(7)切削液,采用用高“EP”的油基水溶性冷卻液,壓力6~8Bar。

(8)切削參數,鉆頭完全入孔前,旋轉速度v=30m/min,進給速度f=0.02mm/r;鉆頭完全入孔后,旋轉速度v=45m/min,進給速度f=0.04mm/r 。

(9)切削分級,為保證孔徑精度,須使鉆桿支撐距離與鉆桿直徑比不大于45[4],鼓取每鉆削深度達直徑的30倍時為一級,實際切削時,每級調整時間為1~3分鐘左右,每級切削時間6~10分鐘。

試驗十分成功,切削輕快、平穩,冷卻充分、切屑呈銀白色、短螺旋卷曲(見圖5),排出順利,效果良好。

隨著試切削的深入進行,逐步取得了一些實際經驗,并就檢測和記錄進行了總結,對照接長麻花鉆,得如下參數對照表2。
表2 麻花鉆、槍鉆加工孔的主要參數對照表
名 稱 麻花鉆 槍 鉆
表面粗糙度 極差 Ra0.04~3.2um
孔徑公差 極差 H8~H9
直線度 沒有 0.5/1000~1/1000
加工效率(例:45#鋼,Ф11×300) 3小時 5分鐘
加工高精度孔 鏜、鉸 一次成型
鉆頭壽命 10m 300m~500m
工作原理 低轉速、大進給 高轉速、低扭距
排屑、冷卻方式 多次退刀排屑、刷油冷卻 高壓乳化液直沖式排屑,冷卻
鉆頭折斷的處理 不易取出,處理困難 容易取出,無需處理
切屑狀態 螺紋狀 螺紋短屑
后序加工處理
適應加工孔徑范圍 較大 Φ2~Φ50
 
2.2槍鉆的應用推廣

鑒于試切削的良好效果,就將深孔槍鉆進行了實際推廣應用,通過對各類深孔零件的加工,進一步驗證了其良好效果,大大地提高了生產效率。現舉兩例。

例1:一典型零件(見圖6),有16個Φ22通孔,長度達到2550mm。在沒有使用槍鉆前,類似的深孔加工將會耗費機床25天的時間來完成,而且質量往往得不到保證,現在采用槍鉆后僅用了250小時就高質量的完成了工件上所有深孔的加工,取得了良好的應用效果。

例2:一工作輥軸承座,有Φ11、Φ25.2+0.1 0及Φ8的深孔。其中Φ11的孔長度達到1643mm,該孔的加工在未使用槍鉆前,難度極高,非常容易斷鉆頭,而且經常鉆偏,一次鉆成功率極低,更無法提及加工效率,而Φ25.2+0.1 0的深孔,深孔長達1188.5mm,表面粗糙度要求Ra3.2,尺寸要求嚴、表面粗糙度要求高,在未使用槍鉆前,需采用鉆、擴、鉸等工序,不僅費時,而且最終尺寸精度和表面粗糙度均很難達到要求。在采用槍鉆后,可以一鉆成型,特別是Φ25.2+0.1 0的深孔不需擴、鉸,不僅確保了深孔的加工質量,而且效率得到大幅提高。

2.3 槍鉆應用中的經驗

針對現場操作所出現的一些問題,我們在總結的基礎上特別提出了如下注意事項:

(1)啟動機床主軸前,鉆頭必須在導向孔內。

(2)鉆孔前必須先通冷卻液。

(3)加工時的切削參數,一定要采用計算的參數。

(4)深孔應采用不同長度的鉆頭(由短到長)分級鉆,不能一鉆到位(否則鉆桿懸在孔外太長,高速下會甩斷,造成安全事故)。

(5)在加工過程中,應時刻注意鐵屑是否排出,并觀察鐵屑是否正常來判斷鉆刃是否磨損。

(6)操作時嚴格遵循如下規則:手動將鉆頭引入引導孔→打開霧化噴嘴→啟動主軸旋轉→開始進給;停止進給→停止旋轉→停止噴霧→退出鉆頭。

3.結束語

槍鉆技術在我國的發展是相當緩慢的,而在傳統制造企業的應用就更加稀少。槍鉆在普通鏜床上的改造應用解決了該傳統制造企業小直徑深孔加工難題,極大地提高了生產效率,突破了一向影響生產質量、阻礙生產進度的瓶頸,取得十分可喜的效果,使得困擾企業多年的“大長徑比小深孔加工”工藝難題迎刃而解,也有力地促進了槍鉆技術在我國的進一步推廣應用。

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