長軸深孔加工工藝優(yōu)化
2020-5-6 來源：中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司 作者： 金少博 唐殿宇 李晶晶
摘要：長軸是海下管道的關(guān)鍵零件之一，本文介紹了長軸深孔加工在研制過程中所遇到的技術(shù)難題，通過大量的試驗研究，運用理論和實際相結(jié)合的方法，解決首件加工時間長、質(zhì)量需提高的現(xiàn)狀，經(jīng)過對深孔加工的分析，找出了解決深孔加工的有效方法，解決了如下問題：（1）長軸深孔加工因系統(tǒng)剛性差，強度低，切削易產(chǎn)生振動、波紋，影響深孔加工精度，刀具耐用度和切削效率的問題；（2）在原長軸深孔加工工藝的基礎(chǔ)上，提出了新的優(yōu)化工藝路線；（3）從加工余量、加工參數(shù)、定位夾緊、刀具的選擇、排屑方式等不同的角度進(jìn)行了研究，提出了控制方案 。
關(guān)鍵詞：深孔加工；工藝路線；深孔
深孔加工技術(shù)已在航空、航海行業(yè)獲得相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在航空發(fā)動機(jī)、登陸艇、潛水艇等高尖端產(chǎn)品上，大量的使用長軸類零件，這些零件的加工，離不開深孔加工技術(shù)，長軸深孔加工技術(shù)在機(jī)械加工中占有非常重要的地位，也是當(dāng)前國內(nèi)該行業(yè)關(guān)注的課題。
由于長軸在艦載機(jī)，登陸艇等領(lǐng)域使用，場合具有特殊性，其內(nèi)部主要安裝電子元件，該零件對加工后深孔要求嚴(yán)格，在加工中如何控制內(nèi)孔波紋，保證深孔加工精度，提高刀具耐用度和切削效率等問題是需要解決的難題。下面從工藝分析、加工試驗及控制等方面作以闡述。
1 、長軸加工工藝性分析
深孔加工是機(jī)械加工中難度較大、技術(shù)含量較高、專業(yè)性較強、加工成本較高的一種孔加工技術(shù)，該深孔長軸是石油管道的關(guān)鍵零件之一，長徑比為12 以上，精度要求高，長軸深孔生產(chǎn)不僅要滿足市場需求，還要大幅度地提高深孔加工精度和生產(chǎn)效率，需要深入開展深孔加工工藝優(yōu)化工作，其加工難度主要有以下幾點：
（1）深孔加工中因系統(tǒng)剛性差，強度低，切削易產(chǎn)生振動、波紋，影響深孔加工精度。
（2）外排屑方式在卡盤處軸向無法頂緊，加工中軸向尺寸在串動，影響長度尺寸。
（3）加工余量、加工參數(shù)、定位夾緊、刀具的選擇、需要調(diào)整和重新確定，在原長軸深孔加工工藝的基礎(chǔ)上，提出新的優(yōu)化工藝路線。
2、 加工工藝路線
該零件原加工工藝路線：毛料（棒料）→打頂針孔→車基準(zhǔn)→車引導(dǎo)孔→鉆孔→擴(kuò)孔→精車外圓基準(zhǔn)→鏜孔→鉸孔→車外圓→車總長→車坡口→去毛刺→標(biāo)印→清洗→最終檢驗→入庫，上述主要工序在數(shù)控車床和深孔鉆床上完成。在實施上述加工工序時，暴露出加工余量、加工參數(shù)、定位夾緊、刀具的選擇、冷排屑方式等問題。
3 、確定有效、優(yōu)化的長軸深孔加工工藝方案
3.1 確定優(yōu)化工藝路線
該零件優(yōu)化加工工藝路線：毛料（棒料）→打頂針孔→車基準(zhǔn)→車引導(dǎo)孔→鉆孔→鏜孔→車引導(dǎo)孔→鏜孔→車外圓基準(zhǔn)→車引導(dǎo)孔→鏜孔→珩磨→車外圓→車總長→車坡口→去毛刺→標(biāo)印→清洗→最終檢驗→入庫。
上述主要工序在數(shù)控車床和深孔鉆床上完成。與原加工工藝路線比將鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔改為鉆孔、鏜孔、珩孔，可以用珩磨來加工，加工出來的深孔光潔度好，尺寸精度好，大大節(jié)省了加工時間，提高了加工質(zhì)量。
3.2 改進(jìn)引導(dǎo)孔與鉆頭間隙的影響，解決切削產(chǎn)生的振動
波紋，影響深孔加工精度及刀具耐用度為了正確引導(dǎo)鉆頭入鉆，通常采用在長軸上加工出引導(dǎo)孔，以達(dá)到引鉆作用，但是鉆頭會與引導(dǎo)孔之間產(chǎn)生一定的間隙，此間隙將會引起引導(dǎo)孔引鉆時產(chǎn)生誤差，并隨著軸向引導(dǎo)力的增大而增大。在鉆孔的過程中，沿鉆頭的水平方向會產(chǎn)生一個徑向力，這個力作用在鉆頭引導(dǎo)塊上，使引導(dǎo)塊與引導(dǎo)孔壁接觸，鉆孔的方向就會偏移既定方向，導(dǎo)致鉆出的孔過小，有的甚至比鉆頭直徑還要小。當(dāng)鉆頭繼續(xù)往里走，走過引導(dǎo)孔，則鉆頭與引導(dǎo)孔間隙越來越小，鉆頭將不會產(chǎn)生偏移，鉆孔的孔徑趨于穩(wěn)定。但是，當(dāng)鉆頭與引導(dǎo)孔之間的間隙過小時，鉆頭容易與引導(dǎo)孔產(chǎn)生劇烈摩擦，最終產(chǎn)生抱轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成刀具的損壞以及零件的報廢。由此可見，引導(dǎo)孔與鉆頭縫隙直接影響深孔鉆頭的耐用性和鉆孔質(zhì)量，也是控制內(nèi)孔表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素，我們采用實測刀具尺寸，引導(dǎo)孔應(yīng)與刀具的尺寸間隙控制在0.03mm 左右，精確引導(dǎo)加工過程穩(wěn)定，深孔鉆削內(nèi)孔表面質(zhì)量提高效果顯著，經(jīng)改進(jìn)鏜孔加工由原來每鏜150mm 長用一刀片刃，改進(jìn)為每鏜500mm 長用一刀片刃，有效地提高了深孔鉆頭、鏜刀的耐用度 ，并提高了效率，保證了深孔質(zhì)量。
3.3 導(dǎo)塊位置的影響
長軸深孔加工過程中，導(dǎo)塊的位置對最終加工形狀精度有著非常重要的影響，導(dǎo)塊必須在其固有的軌道上運行，才能保證加工過程中鉆頭的穩(wěn)定。特別是出鉆與引鉆時，在這兩個過渡狀態(tài)，鉆頭有時會很不穩(wěn)定，會產(chǎn)生劇烈振動，使鉆頭偏離軌跡，影響鉆孔精度。我們在鉆頭體后端增設(shè)一減振塊，當(dāng)鉆頭鉆孔時，鉆頭與引導(dǎo)孔接觸，鉆頭因所受到的作用力而失去平衡，鉆孔方向發(fā)生偏移，并產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，此時減振塊將起到減振的作用，并保護(hù)刀刃和提升加工孔的形狀精度。
3.4 改進(jìn)深孔鉆排屑方式
由于外排屑方式在卡盤處軸向無法頂緊，油壓不夠，刀具沒有充分潤滑和充分冷卻，刀片磨損嚴(yán)重。加工中軸向尺寸在串動，影響長度尺寸。經(jīng)改造深孔鉆的排屑方式，將外排屑（切屑從刀桿外部排出，切屑沿刀桿外部向后排出，切削液從鉆桿內(nèi)部進(jìn)入）改為內(nèi)排屑（切屑從刀桿內(nèi)部排出，切削液從鉆桿內(nèi)部進(jìn)入），自制一個轉(zhuǎn)接套，用卡盤夾緊并頂緊軸端，這樣軸向尺寸得到了控制，內(nèi)排屑時對切屑的長短和形狀要加以控制，保持良好的高溫潤滑性，良好的滲透性、排屑性，使切削液能及時滲透到刀刃上，并保證切屑能順利排出。
3.5 采用合理的切削參數(shù)
鉆孔時，切削速度v =37.68m/min，進(jìn)給量=24mm/r，背吃刀量ap=26.2mm ；鏜孔時，切削速度v=27.73m/min，進(jìn)給量=12mm/r。
3.6 改進(jìn)刀具、裝夾方式、輔助支撐增強剛性
3.6.1 刀具的選擇
深孔加工的難點在于刀具細(xì)長、剛度差、強度低，由于鏜桿較細(xì)長，其扭轉(zhuǎn)振動將直接影響加工精度、刀具耐用度和切削效率。有效地控制鏜桿振動，提高深孔加工精度。我們選用的刀具，盡可能提高刀具（包括鉆頭和鉆桿）整體的剛度，鏜刀上有導(dǎo)向體，有效解決了鏜桿振動問題，提高了深孔加工精度和孔壁表面質(zhì)量，也可適當(dāng)加大深孔鉆削時的進(jìn)給量，生產(chǎn)效率也得到相應(yīng)的提高。
3.6.2 夾緊方式的改進(jìn)
在進(jìn)行加工軸的外圓基準(zhǔn)時由原來的一夾一頂方式改為兩端雙頂方式，長軸的內(nèi)孔、外圓同軸度得到了改善。
3.6.3 改善長軸深孔加工系統(tǒng)剛性
深孔加工中因系統(tǒng)剛性差、強度低、切削易產(chǎn)生振動及波紋，影響深孔加工精度，因而輔助支承極為重要，為了增加工件的剛性，在工件中間安裝中心架，中心架支承爪與工件間隙恰當(dāng)、接觸均勻，零件只能繞軸線旋轉(zhuǎn)，有效地減少了切削振動和彎曲變形。
結(jié)語
研究了深孔加工工藝優(yōu)化的基本實現(xiàn)途徑，改進(jìn)了加工方法、工藝參數(shù)，通過理論與實踐的結(jié)合摸索出加工長軸深孔的有效工藝措施，優(yōu)化深孔加工工藝能夠有效地提高了深孔加工精度、提高了加工效率（長軸單件加工生產(chǎn)效率提高25% 左右，組件加工效率提高20% 左右）、提高零件的加工質(zhì)量、提高加工效率、提高刀具耐用度減少加工成本，在長軸深孔加工方面積累了加工經(jīng)驗，為長軸批產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)，對公司制造技術(shù)水平的提高和業(yè)務(wù)的發(fā)展有著重要的意義。
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