朱炎標(biāo)

摘 要：微小機(jī)械制造技術(shù)、電子技術(shù)等高端的技術(shù)產(chǎn)品在不斷的被精細(xì)化、集成化。而在汽車領(lǐng)域，零部件的微小孔也在這樣的情勢(shì)下迫使其加工精度要求逐漸變高。雖然常見的微小孔加工工藝的方法有很多種選擇，但是在汽車零件制造中我們主要采用的還是機(jī)械鉆孔的工藝。鉆削加工工藝在微小孔中的使用頻率極高，但是這種加工方式也存在著一定的難點(diǎn)。本文筆者會(huì)通過對(duì)鉆削工藝的難點(diǎn)作為切入點(diǎn)，并結(jié)合國(guó)外在汽車零件鉆削加工的情況加以闡述，希望為汽車的鉆削工藝提供一些新的思考方法。

關(guān)鍵詞：汽車零件；微小孔；鉆削工藝

1.微小孔鉆削的難點(diǎn)

事實(shí)上，鉆削加工是切削工藝中條件較為惡劣的一種方法，而加工過程中，將其運(yùn)用到鉆削微小孔的工件中，特別是汽車零部件的噴油嘴微小孔時(shí)，由于微小的麻花鉆在構(gòu)造上存在著缺陷，它集中了很多幾乎全部的鉆削過程中的難點(diǎn)，而且使得切削條件更加的惡劣，這也會(huì)加劇加工中的質(zhì)量，在機(jī)械制造領(lǐng)域中它是需要深入研究和突破的技術(shù)上的難題。

1.1低剛度的微小孔鉆頭

在力學(xué)模型的角度上，鉆夾頭上的微小孔鉆頭可以將其近似于圓柱懸臂梁。由于孔徑減少而其與鉆孔長(zhǎng)度的比例被增加，因此，鉆頭的剛度在這樣的形勢(shì)下會(huì)被下降。開始鉆削之后，鉆頭尖的部分容易在施工中產(chǎn)生鉆頭彎曲或者偏移的現(xiàn)象，這將會(huì)嚴(yán)重影響到孔鉆入的定位，以及孔徑尺寸和其加工形狀的精度。因此，為了緩解上述鉆頭剛度上存在的不足，微小孔頭中鉆芯的厚度需要被加大，當(dāng)它的直徑超過了1mm那么鉆芯厚度和鉆頭直徑兩者之間的的比例會(huì)低于0.2，微小鉆頭所需要的的鉆芯厚度或保持在0.3與0.4的水平之間。一般的，如果鉆芯的厚度以及橫刃的寬度都較大，在鉆削條件較為惡劣的情況下，將會(huì)破壞入鉆時(shí)的位置定位，使得游動(dòng)的情況變得更加的嚴(yán)重。

鉆削過程中橫刃在副前角的切削狀態(tài)中，而橫刃的的寬度越大，它的切削抗力便會(huì)越高，鉆頭的負(fù)荷會(huì)因此被加重。鉆頭螺旋槽的主要功能是為了導(dǎo)入切削液以及其他的排屑和容屑，但是如果存在螺旋槽較淺的情況，那么其可以容屑的能力就會(huì)表現(xiàn)的比較差，之后會(huì)造成排屑的困難，使得加工好的表面和切屑之間的刮擦現(xiàn)象加重，會(huì)影響到表面的加工質(zhì)量，造成切屑堵塞的情況。這種狀況下切削液便無法被注入到切屑的區(qū)域，將會(huì)導(dǎo)致冷卻潤(rùn)滑的效果降低。 出口毛刺現(xiàn)象與軸向的切削力量有較大的關(guān)系，而這種力量主要是來源于橫刃，橫刃的寬度越大，那么產(chǎn)生的軸向鉆削力就會(huì)提升，產(chǎn)生的出口毛刺現(xiàn)象便會(huì)加劇。

1.2微小孔鉆頭結(jié)構(gòu)的形狀的影響

麻花鉆頭的結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，切削中的導(dǎo)向部分可以適當(dāng)?shù)臏p輕導(dǎo)向部分中與孔壁之間造成的摩擦。在加工過程中我們使用的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆在這部分的棱邊較為狹窄，從外圓向尾部形成了倒錐的現(xiàn)象，因此產(chǎn)生的副后刃面會(huì)比較狹窄以及副偏刃角會(huì)大于0°。這種鉆頭的在實(shí)際的應(yīng)用中較為廣泛，可以用于提高在加工中的剛度和強(qiáng)度等【1】。一般鉆頭如果沒有棱邊以及倒錐，那么其在鉆削過程中便很容易發(fā)生導(dǎo)向部分和孔壁的摩擦，并且越來越嚴(yán)重。

2.微小孔鉆削工藝的發(fā)展

2.1高速鉆削

關(guān)于高速鉆削的理論是在1931年德國(guó)的物理學(xué)家Carl J.Salomon所提出的一項(xiàng)理論。在這項(xiàng)理論中提到，常規(guī)的切削范圍中，切削中產(chǎn)生的速度提高會(huì)導(dǎo)致切削溫度被抬升，但是當(dāng)切削的速度保持在一定的數(shù)值時(shí)，他的溫度會(huì)降低，并且切削時(shí)所用的速度跟需要加工的材料種類有較大的關(guān)系。因此，這項(xiàng)理論也給我們較大的啟示，如果用刀具在高速區(qū)用高速的切削，那么其溫度會(huì)大幅度降低，并且可以大大的提高我們的加工效率。

根據(jù)現(xiàn)有的金屬切削理論，鉆削速度產(chǎn)生的鉆削力的變化是小于進(jìn)給量產(chǎn)生的鉆削力的。如果將進(jìn)給速度保持不變，將鉆削的速度提高那么將會(huì)降低鉆削的扭矩以及其軸向的進(jìn)給力，從而緩解微小鉆頭的負(fù)荷，降低鉆頭在使用中被折斷的可能性。一般高速鉆削產(chǎn)生的主軸的轉(zhuǎn)速可以保持在超過10000rm/in的水平。在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論的指導(dǎo)下，我們知道，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度高于其固有角頻率的時(shí)候，會(huì)相應(yīng)的增加主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定度，這樣可以產(chǎn)生自動(dòng)對(duì)心的作用，能相應(yīng)的增加入鉆的精度【2】。在1980年代初，日本的一些公司有研制出較高速的告微小加工機(jī)床以及數(shù)控微小孔加工機(jī)床，其中前者主軸速超過180000rm/in，而后者主軸轉(zhuǎn)速可以保持在120000rm/in以及20000rm/in之間水平。來自美國(guó)的National Jet公司宣布已經(jīng)研發(fā)出可以達(dá)到40000rm/in的主軸轉(zhuǎn)速的微小孔鉆削主軸。在國(guó)內(nèi)，河北機(jī)床廠也開始與北京理工大學(xué)進(jìn)行合作，也成功研制出達(dá)到80000rim/min主軸轉(zhuǎn)速的微小孔高速鉆削機(jī)床，這項(xiàng)研發(fā)也在生產(chǎn)中得到了較廣泛的應(yīng)用。在鉆削印刷的電路板中，如果條件合適，一般都會(huì)采用高速的鉆削工藝。不過由于這種鉆削工藝對(duì)主軸有較高的要求，因此國(guó)內(nèi)外還是會(huì)選擇進(jìn)度較高頻的主軸電機(jī)或者滿輪驅(qū)動(dòng)自己空氣驚訝軸承的主軸。為了防止振動(dòng)，高速鉆削是不能被應(yīng)用在以機(jī)械傳動(dòng)的主軸中。

2.2振動(dòng)鉆削

振動(dòng)鉆削的工藝是建立在目前的切削理論以及振動(dòng)理論上的較為新興的鉆削方法，這也是振動(dòng)切削的一種。這種方法與普通的鉆削方式的區(qū)別在于其整棟裝置可以讓鉆頭和工間兩者之間產(chǎn)生可控范圍中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)【3】。一般的振動(dòng)方式大概有三種，一種是軸向整棟，還有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及復(fù)合振動(dòng)。軸向的振動(dòng)方式在工藝中較容易被實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生的效果也較為明顯，是主要的振動(dòng)方式。這三種振動(dòng)方式的振動(dòng)頻率可以在數(shù)百赫茲之間，因此我們也會(huì)將之稱為低頻的振動(dòng)鉆削。

振動(dòng)鉆削是對(duì)傳統(tǒng)鉆削方式的一種新穎的方法，它改變了原始的鉆削工藝的連續(xù)鉆削的過程，而是轉(zhuǎn)變成一種脈沖式的斷續(xù)鉆削的方式。如果主切削刃和工件并不分離，那么這之間的切削速度以及所產(chǎn)生的方向等數(shù)據(jù)都會(huì)產(chǎn)生周期變化。相反，如果兩者是分離狀態(tài)的，那么其切削的過程會(huì)變成斷續(xù)的切削形式。因此，在振動(dòng)的參數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速等都在合理的范圍內(nèi)時(shí)，可以很好的幫助對(duì)鉆入位置的定位，并且可以減少所產(chǎn)生的毛刺，降低切削的溫度，大大的延長(zhǎng)鉆頭的壽命。這種工藝也深受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

2.3噴油嘴的多工位鉆削方式

這種方式是運(yùn)用中心鉆以及具有長(zhǎng)短差異的鉆頭在不同的位置上鉆削同一個(gè)孔的一種方法。工藝加工過程中，會(huì)先用中心孔來鉆出所需要孔的位置，然后用配有較短的螺旋刃的鉆頭鉆到大概二分之一的孔深中，最后選用較長(zhǎng)刃溝的鉆頭加深所需要的深度，以此可以來延長(zhǎng)鉆頭的壽命并且還能保持中孔位的精度。目前這種多方位的鉆削方式被大量的應(yīng)用到實(shí)際的加工過程中，國(guó)外一般對(duì)噴油嘴的加工都會(huì)采用這種方式。在瑞士也有公司研制戶噴孔在CNC3的微小孔鉆床。

3.結(jié)語

微小孔的鉆削技術(shù)由于條件不同，因此采用的鉆削方式也不同，并且在實(shí)踐過程中也會(huì)采用較多的加工方法并投入生產(chǎn)。但是目前關(guān)于鉆削方式的研究仍然還有很多問題，比如鉆頭在形狀、尺寸等上面的偏差都很容易導(dǎo)致工藝的不精。另外，在出口處的毛刺問題上，目前國(guó)內(nèi)外都還沒有較為理想的方式來解決，特別是在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴嘴上，也在這部分除去小孔出口的毛刺，在操作過程中是非常困難的，而制造商針對(duì)這種問題也只能在鉆孔被加工完成后，用電解磨削的方式來將其周圍的毛刺去掉，如果不做好處理將會(huì)影響到噴嘴的噴射效果。為了將鉆削技術(shù)進(jìn)行更細(xì)化的研究，筆者認(rèn)為需要將這種工藝進(jìn)行更加廣泛的應(yīng)用，深入了解其運(yùn)作的激勵(lì)，研究新材料在微小孔鉆削中的應(yīng)用，將會(huì)對(duì)今后的鉆削工藝的進(jìn)步有較大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鵬，李仙昊，張德遠(yuǎn). 實(shí)用化振動(dòng)切削技術(shù)——微小孔振動(dòng)鉆削工藝及裝備[J]. 新技術(shù)新工藝，2007，01：33-34+2.

[2]程軍，焦鋒. 微小孔鉆削工藝的研究現(xiàn)狀[J]. 機(jī)械工程師，2007，11：9-11.

[3]孫永泰. 汽車零件微小孔的鉆削工藝[J]. 天津汽車，2004，01：33-34.