什么叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）与孔径比（bǐ）L/d≥5的孔，是机械加（jiā）工中（zhōng）的一道难题，尤其（qí）是大深径比的（de）深孔加工（gōng），难（nán）点在于（yú）刀具细长，刚性差、强度低，易引起刀具偏斜（xié），且散热困难，排屑不易，经常产生（shēng）直径变大、出现锥形或孔偏斜（xié）等现（xiàn）象，从而达不（bú）到质量要（yào）求（qiú）。

本文介（jiè）绍的航空发动机（jī）某（mǒu）喷嘴类（lèi）零件（jiàn），孔径为Ф6mm，孔深为105mm，深径比达17：1。超大的深径比更增加了此（cǐ）零件（jiàn）的加工难度，为了（le）加工（gōng）出合格（gé）孔，需制（zhì）定合理的加工方案，选择合适的加工设备和刀（dāo）具。笔者经过试件的试（shì）切加工，选择合（hé）适的加工参数（shù），确定了合理的加工方法。

一、零件简介（jiè）

某喷嘴类零（líng）件，总长为105mm，杆部内孔为（wéi）φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表面粗糙度为Ra3.2μm，深（shēn）径比为17：1，属于（yú）深孔加工的零件，其材料为难加工的GH4169。这类高温合金孔加工相对于一般（bān）钢材切削加工，刀具寿（shòu）命（mìng）要低50%以上（shàng），且加工（gōng）效率低，成本高。高温合金孔加（jiā）工（gōng）主要难点是：①切削（xuē）力（lì）大，消耗机（jī）床（chuáng）功率大;②孔加工是半（bàn）封闭（bì）的切削，产生的高（gāo）切削热和切屑难（nán）以及时（shí）排出，远（yuǎn）离刀尖，刀具磨损更为剧烈;③用普通（tōng）的钻削方法难以（yǐ）确保高（gāo）温合金孔的精度要求。④高温（wēn）合金孔加工中，刀具磨损比加工（gōng）普通钢材快（kuài）得多（duō），且需要切削性能更好的刀具材料（liào）。为了解决以上（shàng）加（jiā）工难点，加（jiā）工此深孔时，必须选（xuǎn）择（zé）合适的（de）加工（gōng）设备和（hé）刀具，确保零件的加工精（jīng）度。

二、加工（gōng）工艺设计和分析

零件（jiàn）深孔加（jiā）工选用常（cháng）规的（de）钻削方（fāng）式，需加长麻花钻，而且（qiě）要断屑加工，不仅加工精度低、表面粗糙（cāo）度差,加工效率低、操作（zuò）者（zhě）劳（láo）动（dòng）强（qiáng）度（dù）大、质量难以确保，而（ér）且很容易引起堵屑或（huò）折断钻头，造成更大的加（jiā）工困（kùn）难，因此刀具选择深孔加工（gōng）专用刀具。设备的选用考虑到本公司产品类型多，深孔加工产品结构差异大，且（qiě）生产（chǎn）批量较（jiào）小，不（bú）可能购（gòu）置深孔加工专用机（jī）床，为（wéi）了更好地（dì）确保深孔精度（dù）要求，结合工（gōng）厂实际（jì），选择合适的加工设备来满（mǎn）足深（shēn）孔加工的技术要求。

1.刀具的选择

深孔加工的刀具有多种，如枪钻、喷吸钻、套料钻、硬（yìng）质合金可转位（wèi）深孔（kǒng）钻、内（nèi）排屑深孔（kǒng）钻和亚干式（shì）深孔加工系统等类型。

喷吸钻适用于经改装的车床、卧式加工中心，易加工工件材料;套料（liào）钻、内排屑深孔钻（zuàn）的钻孔直径不适合钻加工Ф6mm的小孔;硬质合金可转位深孔钻一般小钻削直径（jìng）为Ф20mm;而亚（yà）干式深（shēn）孔加工系统主要是利（lì）用（yòng）压缩空气进行排屑和冷却（què），使用雾化切削液进行润滑，需专用（yòng）的加工设备，不适合本厂的加工情况。而枪钻适（shì）用于加工Ф2～Ф20mm、长径比L/D>100、表面（miàn）粗糙度（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级的深（shēn）孔。

经对上述几种深（shēn）孔加工刀具（jù）的对（duì）比及本（běn）厂的实际情（qíng）况，研究（jiū）决（jué）定采用枪钻进行此（cǐ）深孔的加（jiā）工。枪钻的基（jī）本结构如图2所示。枪钻由硬质合金钻尖、钻杆（gǎn）和刀柄三部分组成。枪钻钻（zuàn）尖上开有油孔，以加强（qiáng）钻头（tóu）冷（lěng）却润滑和使切屑顺利排（pái）出，并选择韧性和抗（kàng）振性均（jun1）较佳的硬质合金作为基体，表（biǎo）面可涂TiC或（huò）TiN，以提高钻头的硬度和抗磨损性;钻杆一般选用40Cr无（wú）缝钢管。其原（yuán）理是高（gāo）压油由钻杆后部中孔注入，经腰形孔到达切削区（qū）后迫（pò）使切屑随切削液由V型槽与（yǔ）工件孔壁间空间排（pái）出，故称（chēng）外排屑。此类深孔（kǒng）钻（zuàn）前（qián）角一般为0°，以（yǐ）便制造（zào）。它无（wú）横刃，钻尖偏离轴线，钻孔时钻尖前（qián）方（fāng）形成（chéng）小圆锥，可使切屑在钻（zuàn）尖（jiān）处断（duàn）离为（wéi）两段，使（shǐ）之较易排出。

2.设备

枪钻是用（yòng）来钻（zuàn）削回（huí）转工件（jiàn）中心（xīn）上（shàng）的孔，加工时，通常是工件旋（xuán）转，钻头作直线进给，较适用于加工中心及配备高压冷却系统的车床与（yǔ）立式机床、刀（dāo）具或（huò）工件旋转（zhuǎn）场合。综合（hé）考虑枪钻（zuàn）加工的应用场合（hé）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，此设备既可实现零件旋转，又（yòu）配备高压内（nèi）冷系统，满（mǎn）足枪钻的（de）应（yīng）用场合。可以进行（háng）钻孔加工。

3.枪钻引导孔加工

枪钻属于非平衡钻（zuàn）头，不平衡的槽形意味着切削力不平衡。为（wéi）了减少（shǎo）钻头周边的径向切削力，需要靠导（dǎo）套或（huò）引（yǐn）导（dǎo）孔（kǒng）分担。典型的（de）枪钻机床上（shàng）配有（yǒu）枪钻（zuàn）引导套（tào），而本例（lì）所（suǒ）选的（de）车（chē）铣加工中心不是枪钻专用机床，没有配备导套，且没（méi）有夹具，无法设计（jì）导套。因此，笔者考虑用钻削引导孔的方式来平衡枪钻切（qiē）削力。通过大（dà）量实验数据得出：枪钻引导孔（kǒng）的深度（dù）应为1～2倍枪（qiāng）钻（zuàn）直（zhí）径，直（zhí）径应比枪（qiāng）钻（zuàn）钻头（tóu）直径大0.004～0.012mm较（jiào）合适。

4.工艺试验与（yǔ）分析

深孔加工（gōng）工序草图如图3所示，用软三爪装夹，以（yǐ）定位，夹紧（jǐn），按车端面→钻导向孔（kǒng）→钻深孔的顺序进行零件的（de）深孔加工。钻导向孔时（shí），以不同厂家的钻头按（àn）不同切削参数进（jìn）行试验加工;钻深孔时，我们（men）选择了伊斯卡的枪（qiāng）钻，以不同的加工方法（fǎ）和不同的（de）切削（xuē）参（cān）数（shù）进行了多个孔的钻削试验。

1)引导孔加（jiā）工

钻引（yǐn）导孔时，在（zài）满足枪钻引（yǐn）导作（zuò）用（yòng）的前提下，笔者也兼顾了刀具成本问题，分（fèn）别（bié）选择进口的伊（yī）斯卡（kǎ）中空内冷合金钻头和国产的四平（píng）合金钻头（tóu）进行了试（shì）切（qiē）加工。经过多（duō）个（gè）孔的试验（yàn）加工，发现（xiàn）进口刀具（jù）切削参数比国产刀（dāo）具要高许多，转速可以达到2500r/min，进（jìn）给率为50mm/min，而且较抗磨（mó）损，但费用较（jiào）高（gāo）;国产刀具（jù）的切削参数偏低，转速为600r/min，进给率（lǜ）仅为20mm/min，加工（gōng）效率远低于进口刀（dāo）具，费用同（tóng）样远远（yuǎn）低（dī）于进口（kǒu）刀（dāo）具的费用。经试验，两种刀（dāo）具的（de）加工质量相似。因为（wéi）此零件的（de）批（pī）量小且加工件数少，在（zài）满（mǎn）足加工质量的前提下，我们选择了（le）费（fèi）用较低的四（sì）平合金钻（zuàn）头。

2)深孔加（jiā）工（gōng）

深孔加工我们采用了两种加工方案进行试验（yàn）加工（gōng）：一种是进入导向孔和退出深（shēn）孔时，均采（cǎi）取小于钻削时转（zhuǎn）数和（hé）进给（gěi）率的方法进行深孔加（jiā）工;另一种是以（yǐ）较低转（zhuǎn）数和进（jìn）给率（lǜ）反（fǎn）转（zhuǎn）进入导向孔，以（yǐ）零转数（shù）和G0的（de）速度（dù）快速退出深孔的（de）加工方法。经过试验加工发现：一种加工方法（fǎ）加工效率低且（qiě）零件（jiàn）表面（miàn）质量差，而第二种加工方法，加工效率高且质量较好。因此，在（zài）确保足够冷却压（yā）力的情况下，选（xuǎn）择第二（èr）种（zhǒng）加（jiā）工（gōng）方法进行了刀具寿命试验。试验过程中（zhōng）发现，1把（bǎ）枪钻加工到（dào）第4件零件时，加工声音异常，于是调低进给倍率为90%，继续加工，可顺利完（wán）成第4件和第5件的加工，但加工到第6件时，加工（gōng）到孔深78mm时，钻头（tóu）折断。经过试验（yàn），在调低进给（gěi）倍率（lǜ）的（de）情况下，1把（bǎ）枪钻加工5件零（líng）件，可（kě）防止（zhǐ）钻头折断（duàn）。

在某些加工范围内，枪钻能解决麻花（huā）钻（zuàn）不能解（jiě）决的（de）深孔和（hé）高精度孔加（jiā）工问题，可钻出一个直线度（dù）高、表面粗糙度好的孔。而且在固定所有因素，如主（zhǔ）轴转速、进给速度和冷却液压力后（hòu），深孔钻这个（gè）工序便（biàn）成为一个（gè）简（jiǎn）易的“标准”工序，不（bú）受操作员技术的影响，只要是一个（gè）高质量的枪（qiāng）钻便可（kě）在生产过（guò）程（chéng）中提供一致的（de）表现。它不仅适用（yòng）于专用枪钻机床（chuáng），同时在高压（yā）内冷和（hé）导向满足的情况（kuàng）下也适用于车铣复合加工中（zhōng）心（xīn）和数控车床，经济适用性强，有一定的推广（guǎng）价值。

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