陜西漢德車橋有限公司（西安 710299）許紅昌

目前，由于機械行業(yè)的高速發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，帶有小直徑深孔的產(chǎn)品數(shù)量也越來越多。大到鉆井技術(shù)，小到刀具的內(nèi)冷卻孔，無處不存在著深長孔的設(shè)計。直孔的深長孔加工中，按傳統(tǒng)方法加工，只能采用加長麻花鉆或接長麻花鉆，每加工大約1～2倍直徑的深度必須退刀排屑，不僅出現(xiàn)加工精度低表面粗糙度差，鉆孔跑偏等問題，質(zhì)量難以保證，加工效率低，操作勞動強度大，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(yè)冷加工系統(tǒng)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(tǒng)制造企業(yè)解決好小直徑深孔的加工，已成為迫在眉睫的課題。根據(jù)各種條件的需求，各種深孔加工方法應(yīng)運而生。為了能根據(jù)各種生產(chǎn)需求選擇更為經(jīng)濟合理的加工方法，成為了各生產(chǎn)制造企業(yè)所共同面臨的問題。

以下是針對當(dāng)今常用的各種深孔加工技術(shù)做的簡單闡述及對比分析。

1.傳統(tǒng)的深孔加工方法及其特點

傳統(tǒng)的刀具有麻花鉆、扁鉆、半圓形炮鉆、帶供油孔的麻花鉆（油槽麻花鉆）、內(nèi)圓車刀等。其中麻花鉆在使用過程中有了進一步的結(jié)構(gòu)改進，衍生出了拋物線槽型麻花鉆（包括HD型和XHD型）、蝸桿型麻花鉆等。扁鉆常用在直徑＜1mm的微孔鉆削中，在直徑＜80mm也有應(yīng)用，但是直徑越大其缺點越明顯，比如轉(zhuǎn)矩變大、排屑補償、表面粗糙度變差等。炮鉆的工作部分是半圓形桿，其前面是平面，垂直于鉆頭軸線的切削刃在桿的端部。炮鉆前面的幾何形狀能保證經(jīng)常從孔中退出排屑，但炮鉆不能保證連續(xù)切削，從而浪費大量時間，生產(chǎn)效率很低。帶供油孔的麻花鉆由于制造麻煩，使用較少，主要應(yīng)用于高效的加工難加工材料，最小加工直徑可達0.8mm。在日常生產(chǎn)中由于投資、成本、可操作性等原因，傳統(tǒng)企業(yè)大多采用普通或加長麻花鉆加工深長孔。內(nèi)孔車刀加工就只是針對較大孔徑的加工使用。

2.現(xiàn)代的深孔加工方法及加工系統(tǒng)

在產(chǎn)品設(shè)計的不斷升級及深孔的廣泛應(yīng)用中，傳統(tǒng)深孔加工方法已遠遠不能滿足發(fā)展需求，所以在這種發(fā)展條件的驅(qū)使下，對比傳統(tǒng)的加工方法，根據(jù)深孔加工的特點，相繼研發(fā)出了一系列的深孔加工系統(tǒng)。這些深孔加工系統(tǒng)主要是以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的。目前國內(nèi)、國外常用的深孔加工系統(tǒng)有槍鉆、BTA鉆、雙管噴吸鉆、DF系統(tǒng)、SIED技術(shù)。這些系統(tǒng)除用于與之對應(yīng)的鉆頭進行加工外，亦可以用于其他深孔刀具切削加工，如深孔鏜削、鉸削和珩磨等。由于深孔加工方法的逐漸復(fù)雜化，加工中所涉及到的條件比以往的要求較為多元化，所以深孔加工系統(tǒng)是一個系統(tǒng)性的問題，不再是傳統(tǒng)的加工方法那樣僅僅把加工工具作為研究對象。對比傳統(tǒng)的加工方法，現(xiàn)代的深孔加工系統(tǒng)更加注重排屑與冷卻的平衡優(yōu)化，通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，使這兩種切削條件盡可能同時達到最佳狀態(tài)水平。

3.特種加工方法

由于新材料的快速發(fā)展及其應(yīng)用，如硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、金剛石等，由于依靠機械加工的方法要求刀具比工件硬的對比條件很難達到要求，僅僅依靠機械加工的方法已經(jīng)不能完全滿足深孔的加工要求。在自從1943年拉扎林柯開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法后，開創(chuàng)了利用機械能以外的各種能源加工金屬和非金屬的特種加工技術(shù)領(lǐng)域，剛好彌補了機械加工的不足。其中不少方法已經(jīng)卓有成效地用于深孔加工。例如激光加工、電解加工、超聲波加工、電火花加工以及復(fù)合加工等。

由于對理想狀態(tài)的追求，越是接近于理想狀態(tài)的深孔加工系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的輔助條件要求越高，復(fù)雜程度越高，加工的成本也隨之會有所上升。而作為機械加工企業(yè)，如何在質(zhì)量、成本以及效率之間尋找一個平衡點（在保證質(zhì)量的前提下成本最低）就成為一個大家都頭疼的問題。傳統(tǒng)的加工方法雖然在特殊產(chǎn)品中無一席之地，但相對于常規(guī)產(chǎn)品，其也有一定的優(yōu)勢，如加工成本低，效率相對較高。而現(xiàn)代的深孔加工系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的加工方法，加工精度大大提高，但同時效率也有所下降，成本有所升高?？傊谡麄€制造業(yè)中加工方法的選擇需要根據(jù)具體的產(chǎn)品質(zhì)量要求選擇最優(yōu)化的方案。

4.普通麻花鉆鉆深孔

筆者公司的產(chǎn)品加工中也常涉及到小直徑深孔加工，最小直徑可達6mm，最大長徑比l/D可達50?？紤]到產(chǎn)品的多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及對生產(chǎn)效率的要求，公司選擇的加工方法是使用傳統(tǒng)的加長麻花鉆加工。在加工深孔中極易鉆頭偏離中心或鉆頭斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。經(jīng)查資料和現(xiàn)場跟蹤分析，總結(jié)了普通麻花鉆鉆深孔存在以下缺點：

（1）主切削刃上各點處的數(shù)值相差懸殊，接近鉆芯已為負(fù)前角，負(fù)前角最大可達－58°，使切削條件變差。

（2）兩個主切削刃組成的麻花鉆，兩個主后面相交形成一個橫刃，橫刃較長，一般為0.18D（D為鉆頭直徑），這里形成很大的負(fù)前角，切削條件更差，軸向抗力在橫刃處將占全部軸向力的30%～50%，因此用接長麻花鉆加工深孔易彎曲，剛性也差。

（3）主切削刃長，切削寬度大，各點切屑流出的速度相差極大，而且切屑卷曲成寬的螺卷，所占容屑空間大，造成排屑困難，切削液難于流進切削區(qū)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的鉆芯厚度有錐度，即鉆尖處鉆芯厚度最小，越向尾部鉆芯厚度增大，通常是每100mm長度鉆芯增量為1.4～2.0mm，這表明容屑空間逐漸減小，對排屑不利。

（5）標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的刃背寬度較大，一般刃溝與刃背所占角度比為1.33左右，使得容屑空間減少，對加工深孔不利。

（6）副后角為零，棱邊孔壁產(chǎn)生摩擦，而此處切削速度較高，產(chǎn)生熱量多，所以磨損快。

（7）橫刃的前、后角與主切削刃后角密切相關(guān)，不能分別加以控制。

認(rèn)識到了麻花鉆加工深孔時的特點后，如何在實際生產(chǎn)中能避免這些特點的影響，就需要解決好三個問題：①要解決好排屑問題。深孔鉆排屑情況如果不好，就使得切削溫度升高過快，很容易使鉆頭擠塞。②要解決好冷卻、潤滑問題，把切削液、潤滑油引到切削區(qū)，有利于改善排屑及提高刀具壽命。③要解決好鉆頭在工作中有比較精確的導(dǎo)向，在加工深孔中極易使鉆頭偏離中心，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。

針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題通過長期試驗跟蹤，故障率明顯減少。通過一系列的對比試驗，總結(jié)出了使用普通麻花鉆鉆削深孔的操作要點：①盡可能使用新鉆頭或使用專用設(shè)備刃磨的鉆頭，接長柄的長度能滿足孔深即可，即在滿足加工深度要求的前提下選擇盡可能短的鉆頭，減小鉆孔中心跑偏的問題。②鉆頭的前刀面或后刀面要磨出分屑槽，以利于排屑。在鉆孔中要時時注意排屑是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)及時退刀排屑，停機檢查原因。③借排屑之際，及時向孔內(nèi)注入充足的切削液，以減少鉆頭與切屑的粘結(jié)并降低切削溫度。④在鉆削過程中，當(dāng)鉆到一定深度后便及時提起鉆頭排屑，也就是鉆削過程鉆一鉆、退一退，并且退鉆頭速度要快，這樣有利于排屑。當(dāng)鉆削達到一定深度時，排屑次數(shù)應(yīng)增加，而每次進給深度要相應(yīng)地減少。⑤在鉆削過程中，盡量避免停機。如果必須停機，則應(yīng)先停止進給，將刀具退出，再停機，防止刀具在孔內(nèi)卡死。⑥鉆孔初始1.5至2倍深度可先采用剛度較好并且長度較短的刀具加工出導(dǎo)引孔，或采用增加導(dǎo)向套的方式來減小由于入口打偏造成最終的深孔嚴(yán)重跑偏現(xiàn)象，特別是所加工的深孔端面與孔中心不垂直的工況下，初始孔的導(dǎo)向作用顯得更為重要。