亚干式深孔加工刀具技术的研究.docx

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1、亚干式深孔加工刀具技术的研究ronggang导语：据不完全统计，在深孔加工中，切削液的相关费用占到加工总本钱的15%20%。因此，实现不使用切削液的干式加工或者使用微量切削液的亚干式加工是深孔加工技术的重要开展方向和研究课题1引言深孔加工是机械加工中难度较大、技术含量较高、专业性较强、加工本钱较高的一种孔加工技术。在深孔加工中，为了到达排屑和冷却、光滑刀具的目的，通常需要使用大量切削液如专用深孔切削液或者机油，尤其是使用内排屑深孔钻头的中、大直径深孔加工D30mm对切削液的消耗量相当大主要被切屑带走，这不仅会对加工场所造成较大污染，还威胁到操纵人员的身体安康，同时带油切屑的处理又会增加消费本钱

2、和造成环境污染。据不完全统计，在深孔加工中，切削液的相关费用占到加工总本钱的15%20%。因此，实现不使用切削液的干式加工或者使用微量切削液的亚干式加工是深孔加工技术的重要开展方向和研究课题。2亚干式深孔加工系统根据深孔钻削加工的特点，采用完全干式切削即完全不使用切削液的加工方式在实际消费中一般很难实现。由于深孔钻削加工不同于普通的车削、铣削加工，它是在封闭状况下进展，单位时间所产生的切削热量大，排屑通道长，切屑和切削热不易及时排出;此外，刀具在深孔加工中是依靠导向块完成定心和导向作用，导向块与孔壁之间会因长时间接触挤压而产生较大摩擦，而切削液切削油可以在导向块与孔壁之间形成一层油膜，起到光滑

3、和减摩作用，如无油膜，导向块将很快被磨损和撕裂，进而引起切削振动或者打刀。因此，选择采用少量切削液的亚干式切削方式比拟合适深孔加工的实际情况。采用的亚干式切削加工方案主要是利用压缩空气进展排屑和冷却，使用雾化切削液进展光滑，其加工系统主要由内排屑深孔钻床、空气压缩机、雾化器、气液混合喷头等组成，其工作流程为：空气压缩机提供具有一定压力约0.50.6MPa的空气，在出口处分为两路，其中一路通过雾化器带出一定量的切削液形成汽液混合物，在喷头处与另一路压缩空气相遇，汽液混合物通过喷头时被加速并向进气装置的空腔中喷出，形成高压、高速的雾化切削液，最后经过钻杆外壁与孔壁之间的通道被传送到钻头的切削部位，

4、冷却、光滑刀具并将切屑从钻杆内部向后吹出。由于亚干式深孔加工系统采用雾化切削液光滑、冷却刀具，用压缩空气进展排屑降温，既克制了传统深孔加工中大量循环使用切削液所带来的众多弊病，大大减少了切削液使用量，又确保了导向块与内孔外表之间、刀具前后刀面与切屑之间的切削液光滑层，同时切削液在雾化状态下吸热充分、光滑均匀，能更好地发挥作用;使用连续的压缩空气排屑既可增大排屑空间相对于使用高压油，又能迅速将切屑从切削区吹出，缩短了切屑传热时间，并可将局部热量直接带出，降低了切削区温度。3亚干式深孔钻头的设计深孔钻削刀具的设计开发是成功实现亚干式深孔加工的关键技术之一，直接影响到整个加工系统的稳定性和可靠性，是

5、深孔加工顺利进展的重要保证。刀具的几何参数对于刀具的受力、断屑、耐用度、加工外表质量等起着重要作用;而刀具材料对于刀具的切削效率、工作寿命、刀具与工件的亲和性等起着决定性影响。亚干式深孔加工的切削特性与传统的深孔加工有所区别，因此对深孔钻头的设计要求也有其特殊性。1亚干式深孔加工对刀具的要求由于深孔切削加工是在封闭状态下进展，又没有循环切削油冷却、光滑刀具，进展热量交换，因此切削区温度较高，这就要求刀片材料必须具有较高的强度、硬度以及良好的耐热性、红硬性和抗冲击性，同时刀具与切屑之间的摩擦系数应尽可能小。在深孔加工中，刀具的排屑通道较长，切屑不易顺畅排出，对于采用空气排屑的亚干式加工而言，这一

6、问题更为突出。为了保证排屑顺畅和迅速散热，必须增大排屑出口，减少空气阻力，加快排屑速度，缩短切屑停留时间。亚干式深孔加工采用压缩空气排屑和雾化切削液冷却，因此切屑外形不能太宽太长。为防止切屑堵塞，最好是形成细小的“C型切屑;为使切屑更快脱离刀面，刀具与切屑的接触面不宜过大，为此可采用分屑刃或者强迫断屑措施。针对以上几点要求，我们对刀具进展了构造分析和优化设计，使其知足系统的加工要求。2刀具构造的选取及优化设计深孔加工刀具的型式主要分为外排屑和内排屑两种。外排屑方式用于枪钻系统，合适加工小直径一般4亚干式深孔加工与传统深孔加工的性能比拟通过上述试验分析，可以确定YD15刀片材料比拟合适中碳钢的亚

7、干式深孔加工。但是，其加工性能和刀具耐用度与湿式深孔加工相比是否有差异，将是亚干式深孔加工技术能否获得推广应用的关键。为此，我们进展了一个比照切削试验，即在传统的深孔加工条件下，采用YD15和YG8深孔钻头刀具几何参数一样钻削同样长度的45钢工件v=800r/min，f=0.01mm/r，10#机械油冷却光滑。由测得的各项试验数据可以看出，用传统方法加工时，刀具的后刀面磨损和切削力均比在亚干式加工条件下要小，这说明亚干式加工时刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦力比传统加工时更大，即切削液的光滑性能较差，这与所使用的切削液有关。亚干式加工中采用的是水基乳化液其雾化性优于切削油，而传统加工中使用的是

8、切削油其光滑性更好。这也为我们今后的研究确定了方向，即需要找到一种既有良好的雾化性，又有较好光滑性的切削液。另外，两种加工方式的刀具磨损量差距并不很大，讲明在亚干式深孔加工条件下也能保证一定的刀具耐用度。将用两种方式加工的试件剖开后进展检测，发现内孔外表硬度几乎没有差异，而亚干式加工的内孔外表粗糙度值更小，即外表质量更好。这也讲明在亚干式深孔加工中，内孔外表的冷却效果良好，切削温度并不高。此外，由于采用了特殊配方的乳化液，具有一定的耐挤压效果，因此钻头的导向块并未出现撕裂磨损，也保证了内孔外表加工质量。通过上述切削试验及对结果的比照分析，可得出如下结论：1所设计的亚干式深孔加工系统可较好完成深孔加工经过，并能得到满足的加工效果，具有一定的实际应用价值。2通过对几种常用深孔加工刀具材料的切削试验，确定了在亚干式深孔加工方式下，YD15材料比拟合适加工45钢类工件材料，并有较好的加工效果。对于其它工件材料，也可通过试验方法找到适用的刀具材料。3通过对干、湿两种加工方式下刀具的切削性能试验及分析，可以看出亚干式深孔加工可以实现较高的刀具耐用度和较好的加工效果。4针对亚干式深孔加工中刀具磨损较大的问题，也可采用低温冷风或者增加冷却液油性的方法，以进步冷却和光滑效果，减少刀具磨损。