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大深径比深孔加工工艺探究 　　本文以某喷嘴类零件的深孔加工为例，论述了该零件深孔加工工艺的设计思想，并详细论述了利用枪钻在车铣复合加工中心上，通过预钻孔的加工和枪钻加工方案的合理选择，加工出合格深孔的工艺方案。 什么叫深孔？深孔是指孔深与孔径比L/d≥5的孔，深孔加工是机械加工中的一道难题，尤其是大深径比的深孔加工，难点在于刀具细长，刚性差、强度低，易引起刀具偏斜，且散热困难，排屑不易，经常产生直径变大、出现锥形或孔偏斜等现象，从而达不到质量要求。本文介绍的航空发动机某喷嘴类零件，孔径为Ф6mm，孔深为105mm，深径比达17：1。超大的深径比更增加了此零件的加工难度，为了加工出合格孔，需制定合理的加工方案，选择合适的加工设备和刀具。笔者经过试件的试切加工，选择合适的加工参数，最终确定了合理的加工方法。 一、零件简介 如图1所示，某喷嘴类零件，总长为105mm，杆部内孔为φ6+0.120mm，壁厚为2mm，表面粗糙度为Ra3.2μm，深径比为17：1，属于深孔加工的零件，其材料为难加工的GH4169。这类高温合金孔加工相对于一般钢材切削加工，刀具寿命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高温合金孔加工主要难点是：①切削力大，消耗机床功率大；②孔加工是半封闭的切削，产生的高切削热和切屑难以及时排出，远离刀尖，刀具磨损更为剧烈；③用普通的钻削方法难以保证高温合金孔的精度要求。④高温合金孔加工中，刀具磨损比加工普通钢材快得多，且需要切削性能更好的刀具材料。为了解决以上加工难点，加工此深孔时，必须选择合适的加工设备和刀具，保证零件的加工精度。 二、加工工艺设计和分析 零件深孔加工选用常规的钻削方式，需加长麻花钻，而且要断屑加工，不仅加工精度低、表面粗糙度差， 加工效率低、操作者劳动强度大、质量难以保证，而且很容易引起堵屑或折断钻头，造成更大的加工困难，因此刀具最好选择深孔加工专用刀具。设备的选用考虑到本公司产品类型多，深孔加工产品结构差异大，且生产批量较小，不可能购置深孔加工专用机床，为了更好地保证深孔精度要求，结合工厂实际，选择合适的加工设备来满足深孔加工的技术要求。 1.刀具的选择 深孔加工的刀具有多种，如枪钻、喷吸钻、套料钻、硬质合金可转位深孔钻、内排屑深孔钻和亚干式深孔加工系统等类型。 喷吸钻适用于经改装的车床、卧式加工中心，易加工工件材料；套料钻、内排屑深孔钻的钻孔直径不适合钻加工Ф6mm的小孔；硬质合金可转位深孔钻一般最小钻削直径为Ф20mm；而亚干式深孔加工系统主要是利用压缩空气进行排屑和冷却，使用雾化切削液进行润滑，需专用的加工设备，不适合本厂的加工情况。而枪钻适用于加工Ф2～Ф20mm、长径比L/D100、表面粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级的深孔。 经对上述几种深孔加工刀具的对比及本厂的实际情况，研究决定采用枪钻进行此深孔的加工。枪钻的基本结构如图2所示。枪钻由硬质合金钻尖、钻杆和刀柄三部分组成。枪钻钻尖上开有油孔，以加强钻头冷却润滑和使切屑顺利排出，并选择韧性和抗振性均较佳的硬质合金作为基体，表面可涂TiC或TiN，以提高钻头的硬度和耐磨性；钻杆一般选用40Cr无缝钢管。其原理是高压油由钻杆后部中孔注入，经腰形孔到达切削区后迫使切屑随切削液由V型槽与工件孔壁间空间排出，故称外排屑。此类深孔钻前角一般为0°，以便制造。它无横刃，钻尖偏离轴线，钻孔时钻尖前方形成小圆锥，可使切屑在钻尖处断离为两段，使之较易排出。 2.设备 枪钻是用来钻削回转工件中心上的孔，加工时，通常是工件旋转，钻头作直线进给，较适用于加工中心及配备高压冷却系统的车床与立式机床、刀具或工件旋转场合。综合考虑枪钻加工的应用场合及公司现有设备情况，在此零件加工时，笔者选择了车铣复合加工中心，此设备既可实现零件旋转，又配备高压内冷系统，满足枪钻的应用场合。可以进行钻孔加工。 3.枪钻引导孔加工 枪钻属于非平衡钻头，不平衡的槽形意味着切削力不平衡。为了减少钻头周边的径向切削力，需要靠导套或引导孔分担。典型的枪钻机床上配有枪钻引导套，而本例所选的车铣加工中心不是枪钻专用机床，没有配备导套，且没有夹具，无法设计导套。因此，笔者考虑用钻削引导孔的方式来平衡枪钻切削力。通过大量实验数据得出：枪钻引导孔的深度应为1～2倍枪钻直径，直径应比枪钻钻头直径大0.004～0.012mm较合适。 4.工艺试验与分析 深孔加工工序草图如图3所示，由图3可知，用软三爪装夹，以定位，夹紧，按车端面→钻导向孔→钻深孔的顺序进行零件的深孔加工。钻导向孔时，以不同厂家的钻头按不同切削参数进行试验加工；钻深孔时，我们选择了伊斯卡的枪钻，以不同的加工方法和不同的切削参数进行了多个孔的钻