普通錯齒內(nèi)排屑深孔鉆存在的問題

1. 鋒角2F較小，鉆尖較高，外齒到導向塊之間的滯后量較大，入鉆和出鉆的時間較長，容易造成入鉆過程中的斷齒和崩刃現(xiàn)象，鉆頭耐用度較低，鉆孔質量也較差。


2. 因鋒角較小，各刀齒在鉆頭錐面上沿半徑依次排列時，刀齒間的軸向高度差相對較大。故在入鉆、出鉆階段，中心齒要單獨承受較大的軸向力和徑向力，使切削振動較大，定心效果差，易產(chǎn)生崩刃。


3. 中間齒、外齒的刀尖角較小，尖角突出，強度降低，一旦尖角出現(xiàn)磨損，齒間的搭接量就遭到破壞，容易造成崩齒及扭鉆事故。


4. 內(nèi)刃偏角t₂較小，鉆削時孔底反錐高度較低，定心作用減弱，容易引發(fā)切削振動。


5. 在鉆削過程中，鉆頭上作用的徑向合力應始終指向兩導向塊之間，以保證鉆頭處于穩(wěn)定切削狀態(tài)。但由于鉆頭直徑及刀片尺寸限制，有時所設計的鉆頭，其壓向導向塊的徑向合力較小，而當?shù)镀�磨損或遇上材料硬質點時，徑向合力瞬時會指向相反方向，這樣就會失去鉆削平衡而產(chǎn)生振動，從而引起鉆孔偏斜及螺旋溝問題，影響了鉆孔質量。

新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的結構及刃形特點

圖1 新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆

圖2 加工孔底的形狀

1. 增大了鉆頭鋒角，以進一步降低各刀齒之間的軸向高度差，縮短入鉆、出鉆時間，減少不穩(wěn)定鉆削時間，以提高鉆頭的耐用度。


2. 將軸線右側的中間齒刃磨成尖齒形，使加工出的孔底形成定心環(huán)形凹槽，并增大內(nèi)刃斜角t₂，以使鉆削時孔底形成較高的定心反錐(見圖2)，雙重定心和穩(wěn)定鉆削。


3. 除外齒與外緣一側為尖角外，其余刀齒都進行了倒角，同時帶有6°~12°的側后角，消除了尖角，增大了刀齒的散熱體積，同時也增強了刀齒強度，不易崩刃，有利于提高鉆頭的耐用度。


4. 增大了鉆尖偏心量e，并在中心齒的內(nèi)刃上磨出兩條折線形內(nèi)刃，即內(nèi)刃由&條斜度不同的折線刃組成，這樣就有效地降低了鉆頭高度Dh，縮短了入鉆、出鉆的時間，從而使得入鉆時能很快地進入穩(wěn)定鉆削階段，而且中心齒和中間齒幾乎同時切入工件，可以改善刀齒的受力狀態(tài)，減小切削振動。而出鉆時，由于出鉆時間短，切削帽減薄，各刀齒上切削力幾乎同時消失，有利于減振及提高鉆削穩(wěn)定性。


5. 根據(jù)各刀齒不同的切削負荷及切削狀態(tài)，中心齒所受到的軸向力較大，擠壓、摩擦嚴重，切削條件惡劣，可選用抗彎強度高、抗沖擊性好的YG類刀片，而外齒和中間齒由于切削速度較中心齒高，故應選用紅硬性好、耐磨性高的刀片材料，如YT798、YW1等。


6. 在刀體后端增設減振塊，以保護刀齒和提高加工孔的形狀精度；當?shù)洱X磨損或有崩刃造成鉆削振動時，它可以起到減振、消振的作用。


7. 減小導向塊與刀體之間的高度，提高導向塊的抗彎強度。同時，為了增大冷卻流液面積，在刀體上銑有矩形或半圓形輸液槽，從而可使流液面積增大20%~30%，增大冷卻液流量，以增強鉆削過程中的冷卻潤滑效果。

新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的切削性能試驗

1. 2種鉆頭切削力的對比試驗采用C630車床改裝的深孔鉆鏜床，工件材料為40Cr合金鋼，硬度HRC28~32，鉆頭直徑為F58.4mm。采用鉆桿上粘貼電阻應變片并連接測量儀器的方法測量切削過程中的軸向力及扭矩的變化。從鉆削試驗數(shù)據(jù)表明：隨著進給量f的增大，2種鉆頭的軸向力和扭矩相應增大，但新型深孔鉆比普通型深孔鉆軸向力平均降低21%，扭矩平均降低14.7%。而且，隨著進給量增加，新型深孔鉆切削力增加較為緩慢，如當f=0.03mm/r時，新型深孔鉆比普通型的深孔鉆的軸向力僅減小25%、扭矩減小24%；而當f=0.25mm/r時，軸向力和扭矩分別減小了20.7%和22.7%。由此可以看出，新型深孔鉆在大進給量的切削過程中，切削更輕快平穩(wěn)。
   另外，從記錄下的軸向力瞬時變化圖中也可看出，在較大進給量(f=0.25mm/r)下，新型深孔鉆切削力波動的峰、谷值僅相當于普通型深孔鉆的1/3，說明新型深孔鉆鉆削平穩(wěn)。這同新型深孔鉆鉆削時能產(chǎn)生定心環(huán)形凹槽和定心反錐起到雙重定心和穩(wěn)定鉆削作用是一致的。


2. 鉆削振動、耐用度及加工質量的對比試驗
   對這2種鉆頭進行了批量零件鉆削加工試驗，選擇在某石油機械廠進行實際加工，機床為T2130深孔鉆鏜床，工件材料為40CrNiMo5合金鋼，硬度HB250~300，鉆孔直徑為=50.4mm。

   
   
   
   
   
   
   

   圖3 鉆桿振幅對比曲線

   
   
   在授油器后端的鉆桿處安裝1個百分表，測量鉆頭在切削過程中的振動情況，當中心齒(A點)、導向塊(B點)及減振塊(C點)入鉆時鉆桿的振幅和出鉆時(D、E之間)鉆桿的振幅對比曲線如圖3所示�？梢钥闯觯�新型深孔鉆在入鉆及整個鉆削過程中的振動均小于普通型深孔鉆。而且在C點后，新型深孔鉆在其減振塊進入工件后，鉆頭還有一個減振穩(wěn)定過程，使鉆削扭矩迅速減弱到正常水平，而普通型深孔鉆沒有這一過程。出鉆時(D、E之間)，普通型深孔鉆振動開始加劇，振幅增大，而新型深孔鉆由于各刀齒高度差小，幾乎同時透鉆，且又有減振塊的保護作用，可以平穩(wěn)出鉆，振幅增加很小。
   2種鉆頭進行批量零件鉆孔試驗后，在同樣大小的后刀面磨損時，新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的平均鉆孔長度可達16m，是普通型錯齒深孔鉆鉆孔長度的2倍多。對鉆孔質量進行測量，新型深孔鉆的鉆出的孔，圓度誤差比普通型深孔鉆約小3µm，孔徑擴大量小0.04mm，孔尺寸精度可達到IT7~IT8，表面粗糙度Ra=1.0~3.2µm。

結語