什么叫深孔?

深孔是（shì）指孔深与孔（kǒng）径比L/d≥5的孔，是机械加工中（zhōng）的一（yī）道难（nán）题，尤其（qí）是大深径比的深孔加工，难（nán）点在于刀（dāo）具细长（zhǎng），刚性差、强度（dù）低，易引起刀具（jù）偏斜（xié），且散热（rè）困难，排屑（xiè）不易，经常产生直径变大、出现锥（zhuī）形或孔偏斜等现象（xiàng），从（cóng）而达（dá）不到质量要求。

本（běn）文介绍（shào）的航空发动机某喷（pēn）嘴类零件，孔径为Ф6mm，孔（kǒng）深为（wéi）105mm，深径比达17：1。超大（dà）的深径比更增加（jiā）了此零件的加工难度，为了加工出合格孔，需制定合理的（de）加工方案，选择合适的加工设备和刀具（jù）。笔者经（jīng）过试（shì）件的试切加工，选择合适的加工参数，确定（dìng）了合理的（de）加工方法。

一、零件简介

某喷嘴类零件，总长为105mm，杆（gǎn）部内（nèi）孔为φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表面粗糙度（dù）为Ra3.2μm，深径比（bǐ）为（wéi）17：1，属于深孔加工（gōng）的零件（jiàn），其材料为难加工的GH4169。这类高温合金孔（kǒng）加工相对于一般钢材切削加工，刀具寿命要低50%以上，且加工效率（lǜ）低，成本（běn）高（gāo）。高（gāo）温合金孔（kǒng）加工主要（yào）难点是：①切削力大，消（xiāo）耗机（jī）床功率大;②孔加工是半（bàn）封（fēng）闭的切削，产（chǎn）生（shēng）的高切削热和切屑难以及时排出，远（yuǎn）离（lí）刀（dāo）尖，刀具磨损更为剧烈（liè）;③用（yòng）普通（tōng）的钻削方法难（nán）以确保高温（wēn）合金孔（kǒng）的精度要求。④高温合金孔加工中，刀具磨损比加工普通钢材快得（dé）多，且需要切削（xuē）性能更好的刀具材料。为了解决以上（shàng）加工难点，加工此深孔时，必须选（xuǎn）择合适的加工（gōng）设备和刀具（jù），确保零（líng）件的加工精度。

二、加工工艺设计和分析

零件深（shēn）孔加工选用常规的（de）钻削方式，需加长麻花钻，而且（qiě）要断屑加工，不（bú）仅加工精（jīng）度低（dī）、表面粗糙度差,加工效率低（dī）、操作者劳动强度大、质量（liàng）难以确保，而且很容易（yì）引起堵（dǔ）屑或（huò）折断钻头（tóu），造成更大的加工困难，因此刀具选择深孔加（jiā）工专用刀（dāo）具。设备（bèi）的选用考虑到本（běn）公司产品（pǐn）类型多，深孔（kǒng）加工产品结构差异大，且生（shēng）产批量较小，不可能（néng）购置深（shēn）孔加工专（zhuān）用机（jī）床，为了（le）更好地确保（bǎo）深孔精度要求（qiú），结合工厂实（shí）际，选择（zé）合（hé）适（shì）的（de）加工设备来满足深孔加（jiā）工的技术要求。

1.刀具的选择

深（shēn）孔加工的刀具有（yǒu）多种，如枪钻、喷吸钻、套料钻（zuàn）、硬质合（hé）金可转位深孔（kǒng）钻、内排（pái）屑（xiè）深孔钻和亚干式深孔加工系统等类型。

喷吸钻适用于经改装的车（chē）床（chuáng）、卧式加工中心，易加工工件材料（liào）;套料钻、内排（pái）屑深孔钻的钻孔直径不适合钻加工Ф6mm的（de）小孔（kǒng）;硬质合金可转（zhuǎn）位（wèi）深孔钻一（yī）般小钻（zuàn）削直径为Ф20mm;而亚干式（shì）深孔加工系统主要（yào）是利用压缩空气进行排屑和冷却，使用雾化切削液进行润滑，需专用的（de）加工设备，不适合（hé）本厂的加工情况。而枪钻（zuàn）适用（yòng）于加（jiā）工Ф2～Ф20mm、长径比L/D>100、表面粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级的深孔（kǒng）。

经对上述几种深孔加工刀具的对比及本厂（chǎng）的实际情况（kuàng），研究决定采用枪钻进（jìn）行此深孔的加工。枪钻的基本结构如图2所示（shì）。枪钻由硬（yìng）质合（hé）金钻尖（jiān）、钻杆和刀柄三部分组成。枪（qiāng）钻钻尖上（shàng）开有油孔，以加强钻头（tóu）冷（lěng）却（què）润滑（huá）和使切屑顺（shùn）利排出，并选择（zé）韧性和抗（kàng）振（zhèn）性均较佳（jiā）的硬质合金作为基体（tǐ），表面可涂TiC或（huò）TiN，以提（tí）高钻头的（de）硬度和抗磨损性;钻杆（gǎn）一般选用40Cr无（wú）缝钢管（guǎn）。其原理是高压油由钻杆后（hòu）部中孔注（zhù）入，经腰形孔到达（dá）切削（xuē）区后迫使切屑随切削液由（yóu）V型（xíng）槽与（yǔ）工件（jiàn）孔壁间空间排出，故称外排屑。此类深孔钻前角一般为0°，以（yǐ）便（biàn）制造。它无横刃，钻尖偏离轴（zhóu）线，钻孔（kǒng）时钻尖（jiān）前（qián）方形成（chéng）小圆（yuán）锥，可使切屑在（zài）钻尖处断离（lí）为（wéi）两段，使（shǐ）之较易（yì）排出。

2.设备

枪钻是（shì）用来钻削回（huí）转工件中心上（shàng）的孔，加（jiā）工时（shí），通常是工件旋（xuán）转，钻头作直线（xiàn）进给，较（jiào）适用（yòng）于加工中心及配备高压冷却系（xì）统的车床与立式机床、刀具或工件旋转场合。综合考虑（lǜ）枪钻（zuàn）加工的应用场合及公司现有设备情况，在此零件（jiàn）加工时，笔者选择了车铣复合加工中心，此设（shè）备既可实现零件旋转，又（yòu）配备高压内冷系统，满足枪钻（zuàn）的应用场（chǎng）合。可（kě）以进行钻孔（kǒng）加工。

3.枪钻（zuàn）引导孔加工

枪钻属于非平衡（héng）钻头，不平衡的槽形意味（wèi）着切削力（lì）不平衡（héng）。为了（le）减少钻头（tóu）周（zhōu）边的径向切削力，需要（yào）靠（kào）导套或引导孔分担。典（diǎn）型的枪钻机（jī）床上配有枪钻引导套，而本例（lì）所选的车铣加工中心不是枪钻专用（yòng）机床（chuáng），没（méi）有配（pèi）备导套，且没有夹具，无法设计导套（tào）。因此（cǐ），笔者考虑用（yòng）钻削引导孔的方式（shì）来平（píng）衡枪钻切削力。通过大（dà）量实（shí）验数（shù）据得出：枪钻引导孔（kǒng）的（de）深度应为1～2倍（bèi）枪钻直径，直径（jìng）应比枪（qiāng）钻钻头直径大0.004～0.012mm较合适。

4.工（gōng）艺试验与分（fèn）析

深孔加工（gōng）工序草图如图3所示，用（yòng）软三爪装夹，以定位，夹紧，按车端面→钻（zuàn）导向孔→钻深（shēn）孔的顺序进行零件的深（shēn）孔加工。钻导（dǎo）向孔（kǒng）时，以（yǐ）不同厂家的钻头按不同切削参（cān）数进行试验加工;钻（zuàn）深孔（kǒng）时（shí），我们选择了伊（yī）斯卡的枪钻，以不同的加（jiā）工方法和不同的切（qiē）削参数进行了（le）多个孔的钻（zuàn）削试验（yàn）。

1)引导孔（kǒng）加工

钻引（yǐn）导孔时，在满足枪钻（zuàn）引导作用的前（qián）提下（xià），笔者也兼顾了（le）刀具成本问（wèn）题，分别（bié）选择进口的伊斯卡中空内冷合金钻（zuàn）头和国产的四平合金钻头进行了试切加工（gōng）。经过多个孔的试（shì）验加工，发（fā）现进（jìn）口（kǒu）刀具切削参数比国产刀具（jù）要高许多（duō），转速可以达（dá）到2500r/min，进给率为50mm/min，而且较（jiào）抗磨损，但费（fèi）用较高;国产刀具的切（qiē）削（xuē）参数偏低，转速（sù）为600r/min，进给率仅为20mm/min，加工效率远低于进口刀具，费用同（tóng）样远远低（dī）于进口（kǒu）刀具的费用。经试验，两种（zhǒng）刀（dāo）具的（de）加工质量相似。因为（wéi）此（cǐ）零件的批量小且加（jiā）工件数少，在（zài）满足加工质量的前提下，我们选择了费用较低的（de）四平（píng）合金钻头（tóu）。

2)深（shēn）孔加工（gōng）

深（shēn）孔加工我们采（cǎi）用了（le）两种（zhǒng）加工方案进行试（shì）验加工：一种是（shì）进入导向孔和（hé）退出深孔时，均采取小（xiǎo）于钻削时转（zhuǎn）数和（hé）进给率的方法进（jìn）行深（shēn）孔加工;另（lìng）一（yī）种是以较低（dī）转数和进给率反（fǎn）转进入导向孔（kǒng），以零转数和G0的速度快速退出深孔的加工方法。经过试验加工发现（xiàn）：一种加工方法加（jiā）工效率低且（qiě）零件表面质量差，而第（dì）二种加工方法，加工效率（lǜ）高且质（zhì）量较（jiào）好。因此，在确保足够冷却（què）压力的情况下（xià），选择第二种加工（gōng）方法（fǎ）进行了刀具寿命试验。试验（yàn）过程中发现，1把枪钻（zuàn）加工（gōng）到第4件零件（jiàn）时（shí），加（jiā）工声音（yīn）异常，于是调低进给倍率为90%，继（jì）续加（jiā）工，可顺利完成第4件（jiàn）和第（dì）5件的加（jiā）工，但加工到第6件（jiàn）时，加工到孔深78mm时，钻头折断。经过试验，在调低（dī）进给倍率的情况（kuàng）下，1把（bǎ）枪钻加工（gōng）5件零（líng）件，可防止钻头折断。

在某些（xiē）加（jiā）工范围内，枪钻（zuàn）能解决（jué）麻花钻不能解决的深孔和高精度孔加工问题（tí），可钻（zuàn）出一（yī）个（gè）直线度高（gāo）、表（biǎo）面粗糙度好的（de）孔。而（ér）且在固（gù）定所（suǒ）有因素，如主（zhǔ）轴转速、进给速度和冷却液压力（lì）后，深（shēn）孔钻（zuàn）这个工序便（biàn）成为一个简易的“标准”工序（xù），不受操作员技术的影响，只要是（shì）一个高质量的枪钻便可在生产过程中提供一致的表现。它不仅适用于（yú）专用枪钻（zuàn）机床，同（tóng）时在高压内冷和导向（xiàng）满足的（de）情况（kuàng）下也适用于车铣复合加工中心和数控车床，经济适（shì）用性强（qiáng），有一定的（de）推广价值。

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