孔加工中負(fù)壓排屑、斷屑的分析

發(fā)布日期:2012-10-29    蘭生客服中心    瀏覽:5408

  在機(jī)械加工中,孔加工屬于封閉式加工,加工時刀具被工件包圍,切削液難以達(dá)到切削區(qū),加之切屑不易排除等原因,使孔的加工較為困難,尤其是加工深徑比較大的孔時,加工難度更大。七十年代由日本冶金株式會社首先推出的DF系統(tǒng)深孔加工技術(shù)是一種很好的孔加工方法,并于八十年代引入我國。

  隨著多種設(shè)備的小型化,機(jī)械零件上的小直徑深孔不斷增多,并且加工精度也不斷提高,從而使DF系統(tǒng)深孔加工技術(shù)日益顯示出其優(yōu)越性。國內(nèi)在九十年代對DF系統(tǒng)逐步引起重視,但對其多進(jìn)行的是實驗研究,理論分析尚不完善。此外,外排屑槍鉆深孔加工系統(tǒng)還不能完全被別的加工方法所取代,同樣可以采用負(fù)壓原理來提高它的加工效率和加工質(zhì)量,同時也可以把這種方法擴(kuò)展到其它加工系統(tǒng)中。在孔加工系統(tǒng)中增加負(fù)壓裝置后,可以明顯提高系統(tǒng)的排屑能力,同時斷屑情況也有所好轉(zhuǎn)。

圖1 一種帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)

  1、液流橫截面為圓形

  圖1為一帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)(臥式狀態(tài))示意圖,加工時一路油(或切削液P2,Q2)從前端輸入,另一路油(或切削液P,Q)從后端輸入,通過圖示裝置產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng),從而實現(xiàn)抽吸切屑。

  首先在加工系統(tǒng)后端部分,在不考慮流過縫隙的局部和沿程壓力損失情況下,臥式條件下列出1-1、2-2截面的伯努利方程如下:

  g—— 切削液的比重,g=r*g(r為切削液的比密)
  g—— 重力加速度
  Vo,V—— 1-1,2-2處液體流速
  Po,Pa— 1-1,2-2處壓力,除特殊說明外,均為絕對壓力,因2-2截面直接接回油箱,故Pa為環(huán)境大氣壓力

  由流量公式Q=VA及連續(xù)性方程A1V1=A2V2可得

  A0——1-1截面液流面積,A0=pdd
  A  ——2-2截面液流面積,A=pD2/4
  將式(2),(3)代入式(1),注意到V0=V1cosf,并整理可得

  當(dāng)考慮液體流過縫隙時的沿程壓力損失時,則流量可表示為

  µ——流體的粘度
  x——縫隙長度
  將式(5)代入式(4)得

  由式(6)可以看出,因P≥Pa,d≤D,所以P0很容易形成負(fù)壓,即在刀桿內(nèi)孔中很易產(chǎn)生負(fù)壓。

  設(shè)在加工系統(tǒng)中的前輸油部分壓力為P2,流量為Q2,則對切屑就很易形成前拉(吸)后推的作用,從而使切屑方便、快捷地排除。

  前供油壓力P2到達(dá)刀頭即切削區(qū)時壓力降為P2,則由流量式

  得

  在鉆削過程中,如果待加工孔徑d12確定,不論采用什么樣的內(nèi)排屑鉆削方式加工,d2不會有太大差異,故為了使切屑能在此切削液壓力作用下順利地從刀桿內(nèi)孔d3中排出,需要較大的P2才能完成。

  又由管中流動式

圖2 負(fù)壓斷屑示意圖

  如果僅從排屑的角度來分析,可以由(7)、(8)兩式得知,有了負(fù)壓抽吸裝置后,在同樣的排屑能力下,前輸油部分要求壓力可明顯降低。同時由我們的《深孔加工的負(fù)壓外排屑探討》可知,即使在這種情況下,排屑效果也會比原來的情況要好。如果還維持原來的前輸油供油壓力,則排屑能力會大大提高,不僅如此,同時由于在切削刃處,切屑的兩面形成一定壓差,如圖2所示,假設(shè)忽略負(fù)壓效應(yīng)沿刀桿管的沿程損失(實際上相當(dāng)于管內(nèi)空氣的沿程壓力損失),那么切屑會在P1、P0作用下,很容易被拉斷,此時的拉力F為

  切屑能承受的極限拉力F1為

  l1——切屑長度
  r1——切屑寬度
  h——切屑承壓面占切屑總面積的比例
  d——切屑的抗拉強(qiáng)度
  f——加工時的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量

  顯然當(dāng)F>F1時,切屑將被拉斷,由此可見切削系統(tǒng)中增加負(fù)壓抽吸裝置后,不僅對排屑能起到非常明顯的作用,而且對斷屑也會有很大幫助。所以,在設(shè)計時若要達(dá)到此目的,可以由(6)~(10)式進(jìn)行理論計算。

  此外,由式(6)、(7)、(8)可得

圖3 另一帶種負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)

  由此式可以看出,如果P2等于環(huán)境壓力,即不加前輸油器,這在一些情況下是可能的,因有些零件結(jié)構(gòu)不允許,前面無法安裝輸油器,則傳統(tǒng)上認(rèn)為不能采用上述系統(tǒng)加工,筆者認(rèn)為此時可將工件浸入潤滑液中(甚至不用前潤滑液輸入,就直接進(jìn)風(fēng),進(jìn)行空氣冷卻),僅借助于負(fù)壓裝置P來使前輸入油口吸入潤滑液,完成加工,從而使此種加工系統(tǒng)應(yīng)用范圍擴(kuò)大,故稱為強(qiáng)力負(fù)壓孔加工系統(tǒng),設(shè)計時,可借助式(11)進(jìn)行有關(guān)計算。

  2、液流截面為非圓截面

  圖3為另一種帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)示意圖,所用刀具為槍鉆,后面輸入切削液,前面為負(fù)壓輸出口。切削液流入通道和切屑流出通道均為非圓橫截面,借助于非圓截面流量公式,可以推出對應(yīng)于前面式(6)、(7)、(8)的如下三式

  S,A——分別為進(jìn)油口即刀桿內(nèi)孔周長和面積

  S1,A1——分別為出屑口即刀桿V型槽周長和面積

更多相關(guān)信息