龐廣泉

【摘 要】在金屬鉆孔加工中，細長孔加工一直是個難題.加工精度難以滿足產(chǎn)品要求。此次論文將在振動鉆削試驗的基礎上 ，通過對加工過程和鉆削結果的觀察和分析，全面論述了振動鉆削改善產(chǎn)品質量的原因。即振動鉆削改善產(chǎn)品質量是因為它具有以下的有利因素：良好的斷屑和排屑效果 ，充分的潤滑 ，對積屑瘤的消除以及對已加工孔壁的往復熨壓拋光作用等，通過此次切削實驗，探討了切屑形態(tài)變化與切削參數(shù)之間的關系，總結出斷屑的最佳切削條件。

【關鍵詞】振動鉆削；細長孔加工；加工精度；斷屑；排屑；屑瘤和鱗刺

0 引言

科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對制造技術提出了 更高的挑戰(zhàn)，長期以來，由于在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的“鉆一擴一鉸”工藝方法，生產(chǎn)效率低，不能滿足生產(chǎn)的需要。由于細長孔加工的特殊性，決定了它所需要考慮的特殊問題，如排屑冷卻與潤滑以及鉆頭的導向等。正是這些問題的存在，嚴重影響了加工表面質量和加工效率。加工件表面的質量也就是所謂的加工精度。

我廠現(xiàn)使用的搖臂式鉆床型號為Z3080，該鉆床是一種可以加工鉆孔零件的機床，承擔著我公司所有金屬結構件中20多項機加件的鉆孔加工任務。但由于我廠液壓馬達配油軸細長孔在搖臂式鉆床加工，根據(jù)以往經(jīng)驗及加工方法發(fā)現(xiàn)其加工精度、粗糙度均無法達到質量要求，效率也跟不上。為了解決此次細長孔加工的質量和效率問題，我廠在原有的搖臂式鉆床基礎上，進行設備改裝，經(jīng)改裝后多次試鉆，并且采用振動鉆孔的加工形式，完全可以達到預期的質量效果，為我公司節(jié)省了大量的物力和財力。

1 振動鉆削原理及實驗

振動鉆孔是一種新的細長孔加工方法，效率高，表面質量好，可以取代傳統(tǒng)的“鉆一擴一鉸”工藝，在國內外受到高度重視，并得到廣泛應用。所謂振動切削就是在傳統(tǒng)的切削過程中人為地給刀具或工件以適當方向、一定頻率和振幅的可控振動，使切削用量按給定的規(guī)律進行工作，一邊切削，一邊振動，形成一種本質上與傳統(tǒng)切削過程不同的新穎的切削方式，實際上是一 種脈沖切削。其突出特點是：① 瞬時切削速度高；②刀具與工件的接觸是間斷的、變化的。

試驗在由普通搖臂式車床改裝成的細長孔鉆床上進行。激振器（vibration exciter）安裝在機床的工作臺上，振動頻率由直流電動機控制，在0～l00Hz之間可以無級調頻，激振振幅由雙偏心輪機構設定，在0～0.5rnm 之問可以無級凋幅，試驗用的鉆頭是7.9mm的內排屑細長孔鉆，刀片材料為YT798，試件為14mm×130mm 的鑄鐵，加工中激振振幅取0.07mm，激振頻率取95Hz，進給量為0.008mm/r，主軸轉速為1250r/min，選用5#機械油進行冷卻和潤滑，油壓4MPa。

2 試驗結果

用TR240便攜式粗糙度儀測量出的振動鉆削情況下被加工孔壁的粗糙度。很明顯，振動鉆削得到的孔壁粗糙度 （Ra=0. 837μm）要優(yōu)于普通鉆削條件下加工出的孔壁粗糙度（ Ra一般在5μm以上），幾乎達到了磨削的效果。這種效果的獲得是 因為振動鉆削能夠有效地消除或減輕干擾粗糙度的多種因素。根據(jù)試驗過程中振動鉆削所具有的良好斷屑和排屑效果、充分的潤滑、對切削顫振的抑制、對積屑瘤和鱗刺。

3 分析原因

3.1 良好的斷屑和排屑效果

低頻軸向振動鉆孔是在鉆頭的軸向加上有規(guī)律的振動。鉆孔時，鉆頭邊進給邊做軸向振動。振動切削時，根據(jù)刀具的振動頻率的關系，均等地分割出工件上需要切削部位的大小，并且使這一 部分有規(guī)律地變形成為切屑。

（1）切屑厚度的不斷變化有利于斷屑。振動切削時，切屑厚度方向上留下與振動頻率相關的波紋，因而影響切屑厚度變化，切屑厚度的不一，在高壓切削液和容屑空間作用、限制下，很容易從切屑的強度較差部位?？梢?，在其它加工條件相同的情況下，振動切削可折斷，達到屑效果。

（2）刀桿的軸向振動有利于斷屑。由于鉆頭的進給量很小，當軸向的振動雙振幅大于進給量時，就實現(xiàn)了分離切削，切屑也就被強制性的切斷。

因此斷屑后的小顆粒的切屑很快通過排屑管排出，從而使振動鉆削的斷屑和排屑效果均較普通鉆削有很大的提高。因此 ，振動鉆削一方面消除了鉆尖對被加工材料的撕裂作用，另一方面消除了切屑堵塞 ，減輕了切屑對被加工面的劃傷 ，從而得到較普通鉆削有明顯改善的孔壁粗糙度 。

3.2 充分的潤滑

普通鉆削中切削過程是連續(xù)的，切屑總是壓在刀具前刀面上形成一個高溫高壓區(qū)，對冷卻液來說這是個禁區(qū)，只能依靠冷卻液的毛細作用滲入進去，冷卻效極差。因此 ，要獲得并增強冷卻液的冷卻潤滑效果，關鍵在于使冷卻液能夠及時大量地到達切削區(qū)。

振動鉆削則可以使冷卻液的功能得到充分發(fā)揮，由于振動鉆削是 斷續(xù)發(fā)生的，當?shù)毒吲c工件分離時，在切削區(qū)形成瞬時真空，從而產(chǎn)生泵吸作用，冷卻液從四面進入切削區(qū)，包圍刀刃，進行充分的冷卻和潤滑冷卻液在壓力差的作用下很快從A方向浸入切削區(qū)，覆蓋住刀屑接觸面之間的新生表面；（1）增加了側面進覆蓋住刀屑接觸面之 間的新生表面；（2）增加了側面進去的能力增強；（3）刀具在與工件分離時，后刀面與已加工表面間的正壓力將減小，使冷卻液從B方向進入切削區(qū)的能力顯著增加。當?shù)毒咔腥霑r，冷卻液又受強力擠壓，形成瞬時高壓，強迫冷卻液滲入到刀具與切屑的接觸表面，充分發(fā)揮其冷卻和潤滑作用。因此振動鉆削以其良好的冷卻潤滑效果，極大地減少了加工中的摩擦和磨損，避免了對加工表面的刮傷，有利于改善孔壁粗糙度。

3.3 不產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺

在普通鉆削條件下，積屑瘤和鱗刺的存在是獲得較小表面粗糙度值的兩大障礙。積屑瘤的產(chǎn)生以及它的積聚高度與刃前區(qū)的溫度和壓力分布有密切關系是切削過程中溫度和壓力較高時，切屑底層與前刀面發(fā)生冷焊的結果。鱗刺則是留在已加工表面上的積屑瘤分裂片，并隨著切屑底層金屬停滯現(xiàn)象的激化而加劇。振動鉆削時，由于振動能夠減小切屑與前刀面摩擦副間的摩擦系數(shù)，同時減小切削扭矩，因而減輕了摩擦程度，減小了被加工材料的彈塑性變形。又切削力和切削熱以脈沖形式出現(xiàn)，使切削熱大幅度下降，切屑溫度較低，切屑與刀具前刀面難以實現(xiàn)冷焊，從而徹底破壞了產(chǎn)生積屑瘤的條件。即使存在某些產(chǎn)生積屑瘤的因素，但前刀面與切屑間斷分離，切屑的底層金屬來不及附著上去，前刀面就離開切屑了。這種摩擦力減小以及前刀面與切屑的間斷分離，使切屑不可能在前刀面上停留以代替刀具擠壓切削層，造成切屑層金屬的積聚和停滯，因而也不可能產(chǎn)生鱗刺。 3.4 鉆頭棱帶和導向條對已加工孔壁的往復熨壓拋光作用

振動鉆削的特點是刀具相對工件的運動不是單方向前進的，而是周期性的往復運動。因此，已加工表面在形成以后，又要經(jīng)過刀具后退、再前進的重復熨壓作用。

4 結束語

本文在總結前人研究的基礎上，針對我廠生產(chǎn)實（下轉第50頁）（上接第34頁）際，提出了切實可行的改造方案，對細長孔加工中難以解決的斷屑、排屑、潤滑、屑瘤和鱗刺問題進行了較為深入的研究，對振動鉆削對改善孔壁粗糙度的作用機理進行了深入的剖析。為進一步改善振動鉆削加工的加工精度提供了理論基礎和方法依據(jù)。

【參考文獻】

[1]頤崇銜.金屬切削原理[M].機械工業(yè)出版社，1982.

[2][日]隈部淳一郎.振動切削與細長孔加工[M].科學出版社，1986.

[3][日]偎部淳一郎.振動切削（基礎與應用）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985.

[責任編輯：劉帥]