復(fù)雜深孔的高效加工方法

　　Aqualifiedapproachtocomplexdeepholes

　　復(fù)雜的深孔加工變得越來(lái)越富有挑戰(zhàn)性。零件通常需要具有更多特征，例如非常小的孔、內(nèi)腔、不同的孔徑、輪廓、凹槽、螺紋及不同的孔方向。要高效地完成此類(lèi)公差很小的孔的加工，不僅需要具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和研發(fā)資源，而且需要良好的研發(fā)能力和應(yīng)用設(shè)備，并要實(shí)質(zhì)性地參與到客戶(hù)的加工過(guò)程中去。

　　深孔加工（DHM）

　　深孔加工是由滿(mǎn)足現(xiàn)有應(yīng)用而設(shè)計(jì)的刀具所主導(dǎo)的加工領(lǐng)域。許多不同的行業(yè)都會(huì)涉及到深孔加工，但應(yīng)用最廣泛的是能源業(yè)和航空航天業(yè)。起初有些深孔零件特征看似很難實(shí)現(xiàn)，但由專(zhuān)家設(shè)計(jì)的非標(biāo)刀具解決方案除了能解決加工問(wèn)題，也能確保高效率和無(wú)差錯(cuò)地進(jìn)行深孔加工。

　　現(xiàn)在對(duì)復(fù)雜孔的需求不斷增長(zhǎng)，并且迫切需要縮短加工時(shí)間，這樣就促進(jìn)了現(xiàn)代深孔加工技術(shù)的發(fā)展。數(shù)十年來(lái)，深孔鉆削都是一種采用硬質(zhì)合金刀具的高效加工方法，但孔底鏜削的瓶頸已日益凸顯。

　　現(xiàn)在，該加工領(lǐng)域取得成功通常基于標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)刀具的混合使用，其設(shè)計(jì)將經(jīng)驗(yàn)融入訂制深孔加工刀具中。該種刀具配有加長(zhǎng)的高精度刀柄，帶具有支撐功能和集成式鉸刀，再結(jié)合使用最新的切削刃槽形和刀片材質(zhì)以及高效的冷卻液和切屑控制，就能在最高的穿透率和加工安全性下獲得所需的高質(zhì)量加工。

　　深孔鉆削

　　在深孔鉆削中，1mm以下的小直徑孔采用硬質(zhì)合金槍鉆加工而成；對(duì)于15mm及以上的孔，一般采用焊接刃鉆頭；而對(duì)于25mm及以上的孔，則采用可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)非常高效的鉆削。現(xiàn)代可轉(zhuǎn)位刀片技術(shù)和鉆管系統(tǒng)也為深孔加工提供了使用訂制刀具的新可能性。

　　當(dāng)孔深超過(guò)10倍孔徑時(shí)，加工出的孔一般很深。孔深達(dá)300倍徑時(shí)就需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)，并采用單管鉆頭或雙管鉆頭進(jìn)行鉆削。在加工至這些孔底部的漫長(zhǎng)過(guò)程中，需要使用正確的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、刀具配置以及合適的切削刃才能完成內(nèi)腔、凹槽、螺紋和型腔的加工。支撐板技術(shù)是另一重要領(lǐng)域，在深孔鉆削中也至關(guān)重要，現(xiàn)在它作為深孔加工技術(shù)的一部分也發(fā)展很快，其中就包括在該領(lǐng)域能實(shí)現(xiàn)更高性能的高質(zhì)刀具的開(kāi)發(fā)。

　　加工工藝的新機(jī)會(huì)

　　現(xiàn)在的制造要求需要完全不同于深孔鉆削（然后進(jìn)行后續(xù)的單刃鏜削工序，該工序通常需要在其它機(jī)床上完成）的深孔加工解決方案。即使在多任務(wù)機(jī)床上，單次裝夾也需要這種方法。例如，加工幾米深的孔，其孔徑約100mm，必須一端有螺紋，并且深入到孔中的內(nèi)腔具有較大直徑。通常，當(dāng)鉆削完成時(shí)，在將零件移至車(chē)床上后，隨后通過(guò)鏜削工序?qū)⑦@些特征添加到孔中。在目前的深孔加工中，一把刀具即可加工后續(xù)的多道工序，并且不受機(jī)床調(diào)整的限制。這種新刀具技術(shù)拓寬了刀具的操作性能，從而能夠在更小的有限范圍內(nèi)更高效地加工出要求嚴(yán)苛的零件。

　　實(shí)例

　　采用深孔加工技術(shù)進(jìn)行高效加工的一個(gè)例子是石油勘探零件的加工。此類(lèi)零件約2.5m長(zhǎng)，具有一些復(fù)雜的特征，公差要求小。要獲得小公差和優(yōu)良的表面質(zhì)量，采用的刀具解決方案首先要鉆削一個(gè)直徑為90mm的孔，然后采用浮動(dòng)鉸刀進(jìn)行精加工。然后，在1.5m的深度，通過(guò)擴(kuò)孔和鉸削得到115mm直徑的孔。在另一分隔段部分，大約在中途進(jìn)入孔，然后也進(jìn)行擴(kuò)孔和鉸削，并通過(guò)倒角完成加工。最后，可通過(guò)鏜削和擴(kuò)孔形成兩個(gè)帶倒角的內(nèi)腔，也可通過(guò)磨削獲得最終成品尺寸。

　　如按常規(guī)加工，該零件在機(jī)床上的加工時(shí)間要超過(guò)30個(gè)小時(shí)，而使用訂制刀具進(jìn)行深孔加工解決方案則把時(shí)間縮短到7.5個(gè)小時(shí)。

　　提高生產(chǎn)效率

　　不同于多工序裝夾，采用深孔加工技術(shù)在大批量生產(chǎn)時(shí)也能獲得生產(chǎn)效率的提升。切削時(shí)間縮短80%不足為奇。其中一個(gè)關(guān)于性能的案例是刀具和刀片設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)有技術(shù)能夠盡可能提高切削刃負(fù)載安全性。在最佳的刀片數(shù)量上平衡負(fù)載并優(yōu)化切削作用，允許采用更高的穿透率，從而縮短加工時(shí)間。在精度方面，小公差是深孔加工的專(zhuān)長(zhǎng)，其中70%的孔具有同心度，典型的公差為0.2mm，直徑公差為20微米。

　　正確的切屑形狀和大小以及有效的排屑對(duì)于成功的深孔加工（深孔鉆削）而言至關(guān)重要。因此，符合要求的冷卻液和斷屑控制就非常重要。這里所用的現(xiàn)代刀具是目前可轉(zhuǎn)位刀片鏜削和車(chē)削刀具的一部分，也是高壓冷卻技術(shù)的一部分。可靠的切屑控制是刀片槽形發(fā)展不可或缺的一部分，其開(kāi)發(fā)方向是限制連續(xù)的切屑形成和難加工材料的斷屑問(wèn)題。

　　在許多情況下，難加工的材料涉及正在制造的零件，不僅要求良好的斷屑控制，而且對(duì)于刀具材料的要求也很高。對(duì)于可預(yù)期的刀具壽命和基準(zhǔn)切削參數(shù)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代刀片材質(zhì)至關(guān)重要，在切削不銹鋼、鈦合金和高溫合金時(shí)此類(lèi)材質(zhì)具有很出色的性能。

　　偏離中心線的深孔

　　孔鉆削時(shí)對(duì)刀具和應(yīng)用專(zhuān)有技術(shù)要求很高的另一個(gè)示例就是加工發(fā)電站的巨大發(fā)電機(jī)軸中非常深的孔。在這種情況下，發(fā)電業(yè)專(zhuān)家Generpro公司必須以與軸中心線不對(duì)稱(chēng)的方式加工90噸的鍛鋼零件，其中孔深接近5.5m，直徑超過(guò)100mm。此類(lèi)深孔必須偏離一定角度進(jìn)行鉆削，并且退出時(shí)位置公差須在8mm以?xún)?nèi)。

　　對(duì)于孔鉆削應(yīng)用而言，鉆削方向、斷屑和排屑以及在預(yù)加工軸中絕無(wú)廢品產(chǎn)生是至關(guān)重要的。該工具解決方案包括一個(gè)訂制鉆頭和一個(gè)新型支撐板。在發(fā)電機(jī)軸上應(yīng)用之前需進(jìn)行鉆削測(cè)試，其結(jié)果證實(shí)更高效、更可靠——并且退出位置在目標(biāo)值2.5mm以?xún)?nèi)。

　　在許多情況下采用現(xiàn)代孔加工技術(shù)表明加工時(shí)間大大縮短–從多個(gè)小時(shí)縮短至不足1小時(shí)–并且使很多具有復(fù)雜特征的零件也具有可加工性。

　　圖示

　　圖1

　　進(jìn)行深孔加工的零件首先需要鉆削非常深的孔，然后往往是各種復(fù)雜特征的加工。該加工領(lǐng)域取得成功通常基于標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)刀具的混合使用，其設(shè)計(jì)將經(jīng)驗(yàn)融入非標(biāo)刀具中。此類(lèi)基于T-Max424.10型鉆頭的非標(biāo)刀具是單管鉆的一部分。

　　圖2

　　在深孔鉆削中，1mm以下的小直徑孔采用硬質(zhì)合金槍鉆加工而成；對(duì)于15mm及以上的孔，一般采用焊接刃鉆頭；而對(duì)于25mm及以上的孔，則采用可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭，從而在單管系統(tǒng)和雙管?chē)娢@系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)非常高效的鉆削。

　　山特維克可樂(lè)滿(mǎn)深孔加工全球中心可為業(yè)內(nèi)開(kāi)發(fā)零件工藝提

　　供開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和測(cè)試資源。除了小批量應(yīng)用之外，該中心還與諸多行業(yè)緊密合作，這些行業(yè)都需要更高的零件產(chǎn)出，且涉及到大量的高質(zhì)量孔，例如熱交換器和鋼坯生產(chǎn)。

　　圖3

　　來(lái)自山特維克可樂(lè)滿(mǎn)深孔加工全球中心的專(zhuān)用深孔加工刀具帶來(lái)了適合此能源業(yè)零件的非標(biāo)解決方案。切削時(shí)間從30多個(gè)小時(shí)縮短至7.5小時(shí)。此非標(biāo)刀具解決方案在整個(gè)相對(duì)復(fù)雜的孔加工中都可實(shí)現(xiàn)所需的小公差和表面質(zhì)量。加工過(guò)程包括先進(jìn)行一次深孔鉆削，然后采用浮動(dòng)鉸刀進(jìn)行精加工。然后，在1.5m的深度，通過(guò)擴(kuò)孔和鉸削得到115mm直徑的孔。在孔中較淺的部位再進(jìn)行擴(kuò)孔、磨削和倒角成形。最后，可通過(guò)鏜削和擴(kuò)孔形成兩個(gè)帶倒角的內(nèi)腔，也可通過(guò)磨削獲得最終成品尺寸。

　　圖4         

　　采用山特維克可樂(lè)滿(mǎn)刀具鉆削發(fā)電機(jī)軸中5.5m深的孔。瑞典Generpro公司主要從事發(fā)電業(yè)，典型零件如重達(dá)90噸的鍛鋼工件。此類(lèi)孔必須偏離一定角度進(jìn)行鉆削，并保持以小公差退出。

　　-End-

　　【山特維克可樂(lè)滿(mǎn)】

　　山特維克可樂(lè)滿(mǎn)成立于1942年，隸屬于山特維克集團(tuán)，在全球130多個(gè)國(guó)家設(shè)有代表機(jī)構(gòu)，擁有數(shù)千名員工。

　　山特維克可樂(lè)滿(mǎn)是世界領(lǐng)先的金屬切削刀具供應(yīng)商和解決方案提供者，每年發(fā)布超過(guò)2,000種新產(chǎn)品，其研發(fā)投入是整個(gè)金屬切削刀具行業(yè)平均水平的2倍。

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