什么叫深孔?

深孔是指孔深与孔径比L/d≥5的孔，是机械加工（gōng）中的一道难（nán）题，尤其是（shì）大（dà）深径比的深孔加工，难点在（zài）于刀具细长，刚性差、强（qiáng）度低，易引起（qǐ）刀具偏斜（xié），且散热（rè）困难（nán），排屑不易，经常产生直径变大（dà）、出现锥形或孔偏斜等现（xiàn）象，从而达不到质量要求。

本文介绍（shào）的航空发动机某喷嘴类零件（jiàn），孔（kǒng）径为Ф6mm，孔深为105mm，深径（jìng）比达17：1。超大（dà）的深径比更增加（jiā）了此零件的加工难度（dù），为（wéi）了加工出合格孔，需制（zhì）定合理的加（jiā）工方案，选择合适（shì）的加（jiā）工设备和（hé）刀具。笔者经过试件的试切（qiē）加工（gōng），选择合适（shì）的加工参数，确定了合理的加工（gōng）方法。

一（yī）、零（líng）件（jiàn）简介

某喷嘴类（lèi）零（líng）件，总长为（wéi）105mm，杆（gǎn）部内孔（kǒng）为（wéi）φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表面（miàn）粗糙（cāo）度为Ra3.2μm，深径比为17：1，属于深孔加工的零（líng）件，其材料为难（nán）加工的GH4169。这类高温合金（jīn）孔加（jiā）工相对于一般钢（gāng）材切削（xuē）加工，刀具（jù）寿命要低（dī）50%以上，且加（jiā）工效率低（dī），成（chéng）本（běn）高。高温合金孔加（jiā）工（gōng）主要难点是：①切削（xuē）力大，消耗机床功率大;②孔加工是（shì）半封闭的切削，产生的高（gāo）切（qiē）削热和切屑难以及时排出，远离刀尖，刀具磨损更为剧（jù）烈;③用普通的钻削方法难以确（què）保（bǎo）高（gāo）温合（hé）金（jīn）孔的（de）精度要求。④高温合金孔加工中，刀具磨（mó）损比加工普通钢材快得多，且需要切削性（xìng）能更（gèng）好的刀具材（cái）料。为了解决以上加工难点，加工此深孔时，必须选（xuǎn）择合适（shì）的加工设备和（hé）刀具，确（què）保零（líng）件的（de）加工精度。

二、加工工艺设计和分析

零（líng）件深孔（kǒng）加工选用常规的钻（zuàn）削方式，需加长麻（má）花（huā）钻，而且要断屑加（jiā）工，不仅加（jiā）工精度低（dī）、表（biǎo）面粗（cū）糙度差,加（jiā）工效率低（dī）、操作（zuò）者劳（láo）动（dòng）强度大、质量难以确保（bǎo），而且很容易引起堵（dǔ）屑或折断钻头，造成更大的（de）加工困难，因此刀具选（xuǎn）择（zé）深孔加工（gōng）专（zhuān）用刀具。设备的选用考虑（lǜ）到本公司（sī）产（chǎn）品类型多，深（shēn）孔（kǒng）加工（gōng）产品（pǐn）结构差异大，且生（shēng）产批量较小，不可能购置深孔（kǒng）加工专用机（jī）床，为了更好（hǎo）地确保（bǎo）深孔精度（dù）要求，结合工厂实际，选择合适的（de）加工设备来满足深（shēn）孔加工的技术（shù）要（yào）求。

1.刀具的选择

深孔加（jiā）工的刀具有（yǒu）多（duō）种，如枪钻、喷吸钻、套料钻（zuàn）、硬质合金可（kě）转位（wèi）深孔钻、内（nèi）排屑深孔钻和（hé）亚干式深（shēn）孔加工系（xì）统等类型。

喷吸（xī）钻适用于经改装（zhuāng）的车（chē）床、卧式加工中心（xīn），易加工工件材料;套料钻（zuàn）、内排（pái）屑（xiè）深孔钻的钻孔直径不适合钻加（jiā）工Ф6mm的小（xiǎo）孔（kǒng）;硬质合金可转位深孔钻一般小钻削直径为Ф20mm;而亚干式深孔加（jiā）工系统（tǒng）主要（yào）是（shì）利用压缩空气进行排（pái）屑（xiè）和（hé）冷却，使（shǐ）用雾化切削液进行润滑，需（xū）专（zhuān）用（yòng）的加（jiā）工设（shè）备（bèi），不适合本厂的加（jiā）工情况。而枪钻适用于加工Ф2～Ф20mm、长（zhǎng）径比L/D>100、表面粗糙（cāo）度（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精（jīng）度H7～H10级的（de）深孔。

经对上（shàng）述几种（zhǒng）深（shēn）孔（kǒng）加工刀具（jù）的对比及本（běn）厂的实际情况，研究决（jué）定采用枪钻（zuàn）进行此深孔的（de）加（jiā）工。枪钻的（de）基本结构如图2所（suǒ）示。枪钻由（yóu）硬质（zhì）合金钻尖、钻杆（gǎn）和（hé）刀柄三（sān）部分组（zǔ）成。枪钻钻尖上开有油（yóu）孔，以加强钻头冷却润滑和使切屑顺利排出，并选择韧（rèn）性和抗振性均较佳（jiā）的硬质合金（jīn）作为基体，表面可涂TiC或TiN，以提高钻头的（de）硬度和抗（kàng）磨损性;钻杆一般选用40Cr无缝钢管。其原理是高（gāo）压油由（yóu）钻杆后部中（zhōng）孔注入（rù），经腰（yāo）形（xíng）孔（kǒng）到达切削区后迫使切屑（xiè）随切削（xuē）液由V型（xíng）槽与工件孔壁间空间排出，故称外排屑。此类深孔钻前角一般为0°，以便制造。它无横刃，钻尖（jiān）偏离轴（zhóu）线（xiàn），钻孔时（shí）钻（zuàn）尖前方形成小圆锥（zhuī），可使切屑在钻尖处断离（lí）为两（liǎng）段（duàn），使之较（jiào）易排出。

2.设备

枪钻是用来（lái）钻（zuàn）削回转工件中心上的孔，加工时，通常（cháng）是工（gōng）件（jiàn）旋（xuán）转，钻头（tóu）作直线进给，较适用于加工中心及配备高（gāo）压冷却系（xì）统的车床与立式机床、刀具或工（gōng）件旋转场合。综合考虑枪钻加工（gōng）的应用场合及公司现有设备情况，在（zài）此零件加工时，笔者选择了车（chē）铣复合加工中心（xīn），此设备既可实现零件（jiàn）旋转，又配备高压内冷系统，满足枪钻的应用场合。可以进行钻孔（kǒng）加工。

3.枪钻引导（dǎo）孔（kǒng）加（jiā）工

枪钻属于非平衡钻头，不平（píng）衡的槽形意（yì）味着切削力不平衡。为了（le）减少钻头周边的径（jìng）向切（qiē）削力（lì），需要靠导套或引导孔分担。典（diǎn）型（xíng）的（de）枪钻机床上配（pèi）有枪钻引（yǐn）导（dǎo）套，而本例所选的（de）车铣（xǐ）加工中心不是枪钻专用机床，没有配备导套，且（qiě）没有夹具，无法设计导套。因（yīn）此，笔者考虑用钻削引导孔（kǒng）的方式来平衡枪钻切（qiē）削力（lì）。通过（guò）大量（liàng）实验数据（jù）得出：枪钻引（yǐn）导（dǎo）孔的深度应为1～2倍枪钻直径，直径应比枪钻钻头（tóu）直径大0.004～0.012mm较（jiào）合适。

4.工艺试（shì）验与分析（xī）

深孔加工工序草图如图3所示，用（yòng）软三爪（zhǎo）装夹，以定位，夹（jiá）紧，按车端面→钻（zuàn）导向孔→钻深孔的顺序进行零件的深孔加工。钻导（dǎo）向（xiàng）孔时，以不同厂家的钻头按不同切削参数进（jìn）行试验加工;钻深孔时（shí），我们（men）选择了（le）伊（yī）斯卡的枪钻，以不（bú）同的加（jiā）工方法和不（bú）同的切削参（cān）数进行了（le）多个孔的钻削（xuē）试验。

1)引导（dǎo）孔加（jiā）工

钻引导孔时，在满足枪钻引（yǐn）导作用的前提（tí）下（xià），笔者也兼（jiān）顾了刀（dāo）具成本问题，分别选（xuǎn）择进口的伊斯卡中空内（nèi）冷合金钻（zuàn）头和国产的四平（píng）合金（jīn）钻头进行了试（shì）切加（jiā）工。经（jīng）过多个孔的试（shì）验加工，发现进（jìn）口刀具切削参数比（bǐ）国（guó）产刀具要高许多（duō），转速可以达到2500r/min，进给率为50mm/min，而（ér）且较抗（kàng）磨损，但费用（yòng）较高;国（guó）产刀具的切（qiē）削参数偏低，转（zhuǎn）速为600r/min，进给（gěi）率仅为20mm/min，加工效率远低于进口（kǒu）刀具，费用同样远远低于进口（kǒu）刀具的费用（yòng）。经试验，两种刀具的加工质量相似。因（yīn）为此零件的批量小且加工件数（shù）少，在满（mǎn）足（zú）加工质（zhì）量的前提下，我们（men）选择了费（fèi）用较低的四平合金钻头。

2)深孔加工（gōng）

深孔加工我们采用了两种加工（gōng）方案进（jìn）行试验加工（gōng）：一种是进入导向（xiàng）孔和退出深孔时，均采取小于钻削时（shí）转数和进给率的方法（fǎ）进行深（shēn）孔加工;另一（yī）种是以较低转数和进给率反转（zhuǎn）进（jìn）入导向孔，以零转数和G0的速（sù）度快速（sù）退出深孔的加工（gōng）方法。经过试验加（jiā）工发（fā）现：一种（zhǒng）加工方法加工效率低（dī）且零件表面质量差（chà），而第二种加工方法，加工效率高且质量较好。因（yīn）此，在确保（bǎo）足够冷却压（yā）力的情（qíng）况下，选择（zé）第二（èr）种加工方法进行了刀具（jù）寿命试（shì）验。试（shì）验过程中发现，1把枪钻加工到第4件零件（jiàn）时，加工声音异常，于是调低进给（gěi）倍率（lǜ）为（wéi）90%，继（jì）续加工，可（kě）顺（shùn）利完成第4件和第5件的加工，但（dàn）加工到第（dì）6件时，加工到孔（kǒng）深78mm时，钻头折断。经过试验，在调低进给倍率的情况下（xià），1把枪钻（zuàn）加工5件（jiàn）零件，可防止（zhǐ）钻头折断。

在某（mǒu）些加工（gōng）范（fàn）围内，枪（qiāng）钻能解决麻花钻不（bú）能（néng）解决的深孔和高精度孔加工问（wèn）题，可钻出（chū）一（yī）个直（zhí）线度高、表面粗（cū）糙度好（hǎo）的（de）孔。而且在固定所（suǒ）有因素（sù），如主轴转（zhuǎn）速、进（jìn）给速度和冷却（què）液压力后，深孔钻这个工序便成为一个简易的（de）“标准（zhǔn）”工（gōng）序，不受操作员技（jì）术（shù）的影响（xiǎng），只要是一（yī）个高质（zhì）量（liàng）的枪（qiāng）钻（zuàn）便（biàn）可（kě）在生产过程中（zhōng）提供一致的表（biǎo）现。它（tā）不（bú）仅适用于专用枪钻机床，同时在高压内冷和导向满（mǎn）足的情况下也适用于车铣复合加工中心和数控（kòng）车床，经济适用性强，有（yǒu）一定（dìng）的推广价值。

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