在深孔加工中，錯齒內(nèi)排屑深孔鉆由于具有分屑效果好，排屑順暢、加工效率高以及加工精度較高等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但普通的錯齒內(nèi)排屑深孔鉆也存在著一些不足之處，針對這些問題，我們設(shè)計了一種新型的錯齒內(nèi)排屑深孔鉆，經(jīng)過實(shí)際使用及切削性能試驗(yàn)，證明該深孔鉆具有良好的切削性能及應(yīng)用效果。 !-n* ]C
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普通錯齒內(nèi)排屑深孔鉆存在的問題 ns~bz-n
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普通的錯齒內(nèi)排屑深孔鉆，根據(jù)鉆頭直徑大小，可分為3刀齒或5刀齒結(jié)構(gòu)，各刀齒分別為外齒、內(nèi)齒和中間齒，由于中間齒與中心齒和外齒不在同一錐面上，而是要高出它們錐面一個H值(軸向上)，因此可取得比較好的分屑效果，同時各刀齒還可根據(jù)各自不同的切削狀態(tài)選用不同的刀片材料。但普通錯齒內(nèi)排屑深孔鉆在刀齒結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)上也存在著一些不足，主要表現(xiàn)在： &hI!0DixX
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1.鋒角2F較小，鉆尖較高，外齒到導(dǎo)向塊之間的滯后量較大，入鉆和出鉆的時間較長，容易造成入鉆過程中的斷齒和崩刃現(xiàn)象，鉆頭耐用度較低，鉆孔質(zhì)量也較差。2，因鋒角較小，各刀齒在鉆頭錐面上沿半徑依次排列時，刀齒間的軸向高度差相對較大。故在入鉆、出鉆階段，中心齒要單獨(dú)承受較大的軸向力和徑向力，使切削振動較大，定心效果差，易產(chǎn)生崩刃。3，中間齒、外齒的刀尖角較小，尖角突出，強(qiáng)度降低，一旦尖角出現(xiàn)磨損，齒間的搭接量就遭到破壞，容易造成崩齒及扭鉆事故。4，內(nèi)刃偏角t2較小，鉆削時孔底反錐高度較低，定心作用減弱，容易引發(fā)切削振動。5，在鉆削過程中，鉆頭上作用的徑向合力應(yīng)始終指向兩導(dǎo)向塊之間，以保證鉆頭處于穩(wěn)定切削狀態(tài)。但由于鉆頭直徑及刀片尺寸限制，有時所設(shè)計的鉆頭，其壓向?qū)驂K的徑向合力較小，而當(dāng)?shù)镀p或遇上材料硬質(zhì)點(diǎn)時，徑向合力瞬時會指向相反方向，這樣就會失去鉆削平衡而產(chǎn)生振動，從而引起鉆孔偏斜及螺旋溝問題，影響了鉆孔質(zhì)量。 :-U& _%#w
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新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的結(jié)構(gòu)及刃形特點(diǎn) (VmFYNt&
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針對普通錯齒內(nèi)排屑深孔鉆所存在的問題，我們在普通錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的基礎(chǔ)上，對鉆頭結(jié)構(gòu)及刃形進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，設(shè)計了一種新型的錯齒內(nèi)排屑深孔鉆(又稱多尖齒內(nèi)排屑深孔鉆)，其頭部結(jié)構(gòu)及刃形如圖1所示，其結(jié)構(gòu)及刃形上的主要特點(diǎn)如下： =`>ei
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1.增大了鉆頭鋒角，以進(jìn)一步降低各刀齒之間的軸向高度差，縮短入鉆、出鉆時間，減少不穩(wěn)定鉆削時間，以提高鉆頭的耐用度。2，將軸線右側(cè)的中間齒刃磨成尖齒形，使加工出的孔底形成定心環(huán)形凹槽，并增大內(nèi)刃斜角t2，以使鉆削時孔底形成較高的定心反錐(見圖2)，雙重定心和穩(wěn)定鉆削。3，除外齒與外緣一側(cè)為尖角外，其余刀齒都進(jìn)行了倒角，同時帶有6°~12°的側(cè)后角，消除了尖角，增大了刀齒的散熱體積，同時也增強(qiáng)了刀齒強(qiáng)度，不易崩刃，有利于提高鉆頭的耐用度。4，增大了鉆尖偏心量e，并在中心齒的內(nèi)刃上磨出兩條折線形內(nèi)刃，即內(nèi)刃由&條斜度不同的折線刃組成，這樣就有效地降低了鉆頭高度Dh，縮短了入鉆、出鉆的時間，從而使得入鉆時能很快地進(jìn)入穩(wěn)定鉆削階段，而且中心齒和中間齒幾乎同時切入工件，可以改善刀齒的受力狀態(tài)，減小切削振動。而出鉆時，由于出鉆時間短，切削帽減薄，各刀齒上切削力幾乎同時消失，有利于減振及提高鉆削穩(wěn)定性。5，根據(jù)各刀齒不同的切削負(fù)荷及切削狀態(tài)，中心齒所受到的軸向力較大，擠壓、摩擦嚴(yán)重，切削條件惡劣，可選用抗彎強(qiáng)度高、抗沖擊性好的YG類刀片，而外齒和中間齒由于切削速度較中心齒高，故應(yīng)選用紅硬性好、耐磨性高的刀片材料，如YT798、YW1等。6，在刀體后端增設(shè)減振塊，以保護(hù)刀齒和提高加工孔的形狀精度;當(dāng)?shù)洱X磨損或有崩刃造成鉆削振動時，它可以起到減振、消振的作用。7，減小導(dǎo)向塊與刀體之間的高度，提高導(dǎo)向塊的抗彎強(qiáng)度。同時，為了增大冷卻流液面積，在刀體上銑有矩形或半圓形輸液槽，從而可使流液面積增大20%~30%，增大冷卻液流量，以增強(qiáng)鉆削過程中的冷卻潤滑效果。 4`9ROC
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新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的切削性能試驗(yàn) 0FH.=
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為了驗(yàn)證新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的切削性能，首先進(jìn)行了與普通型錯齒深孔鉆的切削力對比試驗(yàn)，以分析2種鉆頭的切削力大小及切削平穩(wěn)性;其次進(jìn)行了批量零件的鉆削試驗(yàn)，以測試新型鉆頭的耐用度、加工質(zhì)量以及加工效率。 E_$nsM8?
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1.2種鉆頭切削力的對比試驗(yàn) rx;;|eb,
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采用C630車床改裝的深孔鉆鏜床，工件材料為40Cr合金鋼，硬度HRC28~32，鉆頭直徑為F58.4mm。采用鉆桿上粘貼電阻應(yīng)變片并連接測量儀器的方法測量切削過程中的軸向力及扭矩的變化。從鉆削試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：隨著進(jìn)給量f的增大，2種鉆頭的軸向力和扭矩相應(yīng)增大，但新型深孔鉆比普通型深孔鉆軸向力平均降低21%，扭矩平均降低14.7%。而且，隨著進(jìn)給量增加，新型深孔鉆切削力增加較為緩慢，如當(dāng)f=0.03mm/r時，新型深孔鉆比普通型的深孔鉆的軸向力僅減小25%、扭矩減小24%;而當(dāng)f=0.25mm/r時，軸向力和扭矩分別減小了20.7%和22.7%。由此可以看出，新型深孔鉆在大進(jìn)給量的切削過程中，切削更輕快平穩(wěn)。 i9rv8 "0>
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另外，從記錄下的軸向力瞬時變化圖中也可看出，在較大進(jìn)給量(f=0.25mm/r)下，新型深孔鉆切削力波動的峰、谷值僅相當(dāng)于普通型深孔鉆的1/3，說明新型深孔鉆鉆削平穩(wěn)。這同新型深孔鉆鉆削時能產(chǎn)生定心環(huán)形凹槽和定心反錐起到雙重定心和穩(wěn)定鉆削作用是一致的。 |;(P+Q4lB
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2.鉆削振動、耐用度及加工質(zhì)量的對比試驗(yàn) |"KdW#.x
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對這2種鉆頭進(jìn)行了批量零件鉆削加工試驗(yàn)，選擇在某石油機(jī)械廠進(jìn)行實(shí)際加工，機(jī)床為T2130深孔鉆鏜床，工件材料為40CrNiMo5合金鋼，硬度HB250~300，鉆孔直徑為=50.4mm。 FIAmAZH}_
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在授油器后端的鉆桿處安裝1個百分表，測量鉆頭在切削過程中的振動情況，當(dāng)中心齒(A點(diǎn))、導(dǎo)向塊(B點(diǎn))及減振塊(C點(diǎn))入鉆時鉆桿的振幅和出鉆時(D、E之間)鉆桿的振幅對比曲線如圖3所示�？梢钥闯觯滦蜕羁足@在入鉆及整個鉆削過程中的振動均小于普通型深孔鉆。而且在C點(diǎn)后，新型深孔鉆在其減振塊進(jìn)入工件后，鉆頭還有一個減振穩(wěn)定過程，使鉆削扭矩迅速減弱到正常水平，而普通型深孔鉆沒有這一過程。出鉆時(D、E之間)，普通型深孔鉆振動開始加劇，振幅增大，而新型深孔鉆由于各刀齒高度差小，幾乎同時透鉆，且又有減振塊的保護(hù)作用，可以平穩(wěn)出鉆，振幅增加很小。 ^*UtF9~%n
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2種鉆頭進(jìn)行批量零件鉆孔試驗(yàn)后，在同樣大小的后刀面磨損時，新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的平均鉆孔長度可達(dá)16m，是普通型錯齒深孔鉆鉆孔長度的2倍多。對鉆孔質(zhì)量進(jìn)行測量，新型深孔鉆的鉆出的孔，圓度誤差比普通型深孔鉆約小3µm，孔徑擴(kuò)大量小0.04mm，孔尺寸精度可達(dá)到IT7~IT8，表面粗糙度Ra=1.0~3.2µm。 K0o${%'@7
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新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆的結(jié)構(gòu)和刃型由切削性能試驗(yàn)證明是合理的，能有效提高鉆削的平穩(wěn)性，延長鉆頭使用壽命，提高孔加工精度，是一種具有良好應(yīng)用效果的新型錯齒內(nèi)排屑深孔鉆頭。
