浅析深孔加工工艺
2007年第5期(总119期)
浅析深孔加工工艺
王作华1,王守明2
(1.中国第一重型机械集团公司质量保证部工程师,黑龙江集团公司轧辊电站分公司工程师,黑龙江
富拉尔基
富拉尔基
161042;2.中国第一重型机械
161042)
摘要:论述产品怎样通过各种深孔加工工艺来保证直线性、表面粗糙度等几项主要技术指标,满足广大用户的需求。
关键词:深孔加工;表面粗糙度;BTA高速套料;钻孔中图分类号:TH162+.1
文献标识码:B文章编号:1673-3355(2007)05-0029-02
深孔加工在机器制造过程中是一道非常重要的工序,很多产品都需要进行深孔加工,如电机转子、汽轮机转子、水轮机轴类、管模及部分轧辊等。深孔加工大致可分为粗加工、半精加工、精加工、特殊形式加工等4类。
好基础。套料出口偏移量也非常小,一般孔的中心偏移在0.3~0.5mm/m。在特殊情况下,如刀具磨损、引导孔偏斜、产品材质不均等均会导致中心孔弯曲和偏移量增大。
套料加工时,应根据产品材质的加工难易程度,对刀具角度及切削参数进行必要的调整。参数选择要根据产品的材质而定,硬度和机械性能越高,刀具前角越小、钻杆转数增大、进给量越小。材质不均匀时,可以选用高速钢刀具加工。由于高速钢的韧性和抗弯强度较高,因此相应前角较大可取5°,后角6°。~8°
1
1.1
深孔的粗加工
钻孔
钻孔是深孔加工中的一种重要技术,应用于
! 18~! 200mm孔径的粗加工,主要工具是双刃M
型内排钻、单刃内排钻及扁钻片。扁钻片的优点是制造简便、冷却润滑系统简单;缺点是切削力大、对加工精度影响较大,出口偏移量大,加工效率低,是一种趋于淘汰的工具,最好的替代工具就是套料刀。
在实际运用中,双刃M型钻头对刃磨水平的要求较高,刃磨时需保证双刃的对称性,两主切削刃在一条直线上,并通过中心,偏移量≤0.01
BTA高速套料技术的先进性主要在于它的三点定位原理。BTA套料钻结构如图1,两个支承导向键安装在刀头水平180°及垂直方向偏5°位
置。在加工过程中,受切削力作用,两个导向键被压紧在孔壁上,可以控制孔径尺寸。当孔径变大时受力减小,刀刃离开切削面,减小了孔径尺寸;当孔径变小时受力增大,刀头进入切削面,增大了孔径尺寸。通过自动反馈调整,保证了整个长度上的孔径一致性,直线性较好。
mm。单刃内排钻克服了上述缺点,单刃的旋转
切削以及导向键的应用均保证了对称性。单刃与双刃内排钻均对初始阶段的引导精度要求较严格,较长的工件必须采用加前导套自打引导孔的方法。即便如此,双刃内排钻在加工中仍非常容易产生偏移,中心偏移最大达到5mm/m。单刃内排钻在实际加工中的偏移较小,一般在1mm/m以内。
1.2套料
国内上世纪80年代从德国引进BTA高速套
料技术。BTA套料的直线性非常好,中心孔弯曲一般在0.2~0.3mm/m,给后序扩孔加工打下了良
图1
BTA
套料钻结构示意图
收稿日期:2007-04-24;修回日期:2007-05-20
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《一重技术》
2深孔的半精加工
深孔的半精加工主要是指扩孔,去除粗加工
在光孔阶段,最常见的缺陷是啃刀,产生的原因是多方面的,主要是扩孔时剩余的刀痕、系统振动、积屑瘤、加工硬化、工具误差等。当切削速度选择不当时,易引起积屑瘤的产生,特别是在进行高速切削时,必须将切削速度增加到
后剩余的大部分切削余量,将孔加工到公差下限,为精加工光孔做好准备。在这一阶段,主要采用的是低速推镗。高速扩孔尚处于试验阶段。扩孔的关键是提高孔的粗糙度,直弯校圆,扩孔后孔的直线度、圆度等均应达到图纸要求值。
为提高扩孔效率,我们在电站转子上试验了合金刀高速扩孔工艺。加工后孔的直线性较好,效率很高。当余量均匀约为3~8mm时,断屑较好,刀具的耐用度也得到提高,粗糙度可达到
30~40m/min以上,避开积屑瘤发生区,如能提
高到60m/min以上,粗糙度将明显下降,但这一
速度只有在镗杆高速旋转时才能达到。
浮动刀的角度对加工效果也有很大的影响,主偏角ψ小,导向性好,轴向力减小,切入时孔壁变形小,孔的精度及粗糙度好。但对塑性好的材料,主偏角过小,由于刀具刃口半径的影响,使切削层金属处于挤压状态,孔的粗糙度下降刀具磨损加快,一般取1°,最大为4°左右。30′~2°前角γ在加工脆性材料时取0°或负值,塑性材料时取正值。后角α大,易产生振动,后角小,摩擦增大,一般取4°,前后刀面粗糙度应抛光~8°达Ra0.8~Ra0.4。
Ra6.3。但在切削余量较小或存在一定偏量时,切
屑粘结严重、孔壁粗糙度差。由于采用合金导向键,加工后孔壁的冷作硬化现象较严重,使得后序的光孔中只能采用合金刀,限制了选择范围。
在扩孔阶段,弯曲与不圆是常见缺陷,严重影响下道精加工序。是由粗加工弯曲,内孔余量不均匀,引导误差大,刀具配置不合理等多种因素造成的。当发生这类情况时,必须立即停止加工,在检查内孔弯曲程度后,再确定是否采用调整接刀、校弯加工、压弯等方法。
4深孔特殊形式的加工
阶梯孔的加工
阶梯孔近年来应用较多,加
工的关键是保证大小孔的同轴度。具体的方法是使用带前导向的复合镗头,但在两孔直径差相对较大时($d>20mm),排屑困难,应采用内排屑为宜。如采用外排屑方式,切屑容易挂在导向键上,产生堆积堵塞,影响孔壁粗糙度及刀具耐用度。
盲孔
方法是先套料至定深,然后用取棒器
主要应用在管模的内孔精加工
将芯棒切断取出,再扩孔靠R进行精加工。
锥度加工
中,一般采用刀具磨损及退刀变尺寸光孔两种方法,在实际加工中,以后者为主。但变尺寸光孔加工的锥度实际为差值极小的阶梯孔。
腹孔加工
腹孔的加工主要用于去除转子内
部缺陷,此方法在加工过程中,切削振动剧烈、排屑困难、表面粗糙度差、无法精确控制加工尺寸。在加工后必须手工打磨,提高表面粗糙度后才能进行窥镜检查。现在实际加工中很少使用。
3深孔的精加工
深孔的精加工是指在公差范围内,将孔加工
到要求的粗糙度并保证孔的各项形位公差。一般的工艺过程就是用浮动刀片光孔,粗糙度可达到
Ra3.2~1.6,再经抛光处理,粗糙度可达到Ra0.8~
0.4。现在国内制造厂光孔的范围是30~1900mm,但效果最好的范围在100~600mm,在这一
区间,d孔/d杆≤2,系统刚性好,排屑空间适当。
光孔主要有推镗和拉镗两种方式,推镗多采用高速钢刀片、转速低、进给量小、易磨损;拉镗采用合金刀片、转速高、进给量大。但拉镗时,找正、上刀比较复杂,未能广泛使用。
生产中初步应用了合金刀高速推镗光孔加工。孔壁粗糙度的实际加工效果较差,为Ra3.2上限,但窥镜检查孔壁无较大啃刀,经抛光可达到Ra1.6,结果还是令人满意的。尤其是应用在孔弯曲较大的产品中,很少出现不圆的现象,但这种方式由于受工件重量及机床托辊承载限制,转速及进给量无法进一步提高。所以合金刀高速光孔的发展方向应是镗杆高速旋转,提高切削速度,其可行性还需从实践与理论上予以验证。
5结语
深孔加工技术经过国内几代技术人员的努力,已取得很大进步,但应该认识到深孔加工技术在整体上还比较落后,我们的技术人员要付出更大的努力,将深孔加工技术提高到新的水平。
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