什么叫深孔?

深孔是指孔（kǒng）深（shēn）与孔径比L/d≥5的孔，是机械加工中的一（yī）道难题，尤其是大深径比（bǐ）的深孔（kǒng）加工，难点在于刀具细长（zhǎng），刚性差、强度低，易引（yǐn）起刀（dāo）具偏斜，且散热困难，排屑不易（yì），经常产生直径变大、出（chū）现锥形或孔偏斜等现象，从而达（dá）不到质（zhì）量要（yào）求。

本文介绍的航空发（fā）动机（jī）某喷嘴类零件，孔径为Ф6mm，孔深为105mm，深（shēn）径比达17：1。超大的（de）深径比（bǐ）更（gèng）增加了此零件（jiàn）的加工难度，为了加工出合格孔（kǒng），需制定合理的加（jiā）工方案（àn），选择合适的加工设备（bèi）和刀具（jù）。笔者经过试件的试切加工，选择合适的（de）加（jiā）工参（cān）数（shù），确定了合理的加工方法。

一、零件（jiàn）简介

某喷嘴类零件（jiàn），总长（zhǎng）为105mm，杆（gǎn）部内孔为φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表面（miàn）粗糙（cāo）度为Ra3.2μm，深径比（bǐ）为17：1，属于深孔加工的（de）零件，其材料为（wéi）难（nán）加工的GH4169。这类高温（wēn）合（hé）金孔加工相（xiàng）对于（yú）一般钢材切削加工，刀具（jù）寿命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高（gāo）温合金（jīn）孔加工主要难点是（shì）：①切削力大（dà），消（xiāo）耗（hào）机床功率（lǜ）大;②孔加工是半封闭的切削（xuē），产生的高（gāo）切削热和切屑难（nán）以及时排出（chū），远（yuǎn）离刀尖，刀具磨损（sǔn）更为剧烈;③用普通（tōng）的钻削方法难以（yǐ）确保高温合金孔（kǒng）的精度要求。④高温合金（jīn）孔加工中，刀具磨损（sǔn）比加工（gōng）普通钢材快得多，且需要（yào）切（qiē）削（xuē）性能更（gèng）好的刀具材料。为了解决以上加工难点，加工此深（shēn）孔（kǒng）时，必须选择合适的加工设备和刀（dāo）具，确保零件的加工精度。

二、加工工艺设（shè）计和分析（xī）

零（líng）件深（shēn）孔加工选用常规的钻削方式，需加长麻花钻，而（ér）且（qiě）要断屑加工（gōng），不仅加工（gōng）精度低、表（biǎo）面粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者劳动强度（dù）大、质量难以确保，而（ér）且很容易引起堵屑或折断（duàn）钻头，造成更大（dà）的加工困难，因（yīn）此刀具选择深孔加工专用刀具。设备的选用（yòng）考虑到本公司产（chǎn）品类型多，深（shēn）孔加工（gōng）产品结构差异（yì）大，且（qiě）生产批量较（jiào）小，不可能购置深孔加工专用机（jī）床，为了更好（hǎo）地确保深孔精（jīng）度要求，结合（hé）工厂（chǎng）实际，选择（zé）合适的加工设备（bèi）来满（mǎn）足深孔加（jiā）工（gōng）的技术要求。

1.刀具的选择

深（shēn）孔加（jiā）工的刀（dāo）具有多种，如枪（qiāng）钻（zuàn）、喷吸（xī）钻（zuàn）、套料钻、硬质合金可转位（wèi）深孔钻、内排屑深孔钻和亚干（gàn）式深孔加工系统等类型。

喷吸（xī）钻适用于经改装的车床、卧式加工中心，易加工工件（jiàn）材料（liào）;套料钻、内排屑深孔钻的钻（zuàn）孔直径不适合钻（zuàn）加工Ф6mm的小孔;硬质合金可转位（wèi）深孔钻一般小钻（zuàn）削（xuē）直径为Ф20mm;而亚干式深孔加（jiā）工系统主要是利用压缩空气进行排屑和冷却（què），使用雾化切削液进行润滑，需专用的加工设备，不适合（hé）本厂的加（jiā）工情（qíng）况（kuàng）。而枪钻适用于加工Ф2～Ф20mm、长径（jìng）比L/D>100、表面粗（cū）糙度（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级的深孔。

经对上述几种深孔加工刀具的对比及（jí）本厂（chǎng）的实际（jì）情（qíng）况，研究（jiū）决定采用枪钻进行此（cǐ）深孔的加工。枪钻的基本结构（gòu）如图2所示。枪（qiāng）钻由（yóu）硬质（zhì）合金钻（zuàn）尖、钻杆和刀柄三（sān）部分组成。枪钻钻尖上开有油孔，以加强钻头冷（lěng）却润滑和（hé）使切屑顺利（lì）排出，并选择韧性和抗（kàng）振（zhèn）性均较佳（jiā）的（de）硬质（zhì）合金作（zuò）为基（jī）体，表面可涂TiC或TiN，以提（tí）高钻（zuàn）头的硬（yìng）度和抗磨损性;钻（zuàn）杆一般选用40Cr无缝（féng）钢管（guǎn）。其原理是（shì）高（gāo）压油由钻杆后部中孔注（zhù）入，经腰形孔到达切削区（qū）后迫（pò）使（shǐ）切屑随切削液由V型槽与工件孔壁间空间排出（chū），故称（chēng）外排屑。此（cǐ）类深（shēn）孔钻前角一般为0°，以便（biàn）制造。它无横刃，钻尖偏离轴线，钻孔时钻尖前方形成小圆锥（zhuī），可使切屑在钻尖处（chù）断离为两段（duàn），使之较易（yì）排出。

2.设备

枪钻是用来钻削回（huí）转（zhuǎn）工件中心（xīn）上的孔，加工（gōng）时，通常是工件（jiàn）旋转，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立式机床、刀具或工件旋转场（chǎng）合。综合考虑枪钻加工的应用场（chǎng）合及（jí）公司现有（yǒu）设备情况，在此零（líng）件加工（gōng）时，笔（bǐ）者选择了车铣（xǐ）复合加工中心（xīn），此设备既可实现零件（jiàn）旋转，又配（pèi）备高压内冷系统，满足枪钻（zuàn）的应用场合。可以进行钻孔加工。

3.枪钻引导孔（kǒng）加工

枪钻属于非平衡钻（zuàn）头，不平衡的槽形（xíng）意味着切削力不平衡。为了减少钻头周边的径向切削力（lì），需要靠导套或引导孔分担。典（diǎn）型的枪钻机床上（shàng）配有枪钻引导套（tào），而本例（lì）所选的车铣加工中（zhōng）心不是枪钻专用机床，没有配备导套，且没有夹具，无法（fǎ）设计导套。因此，笔者考虑用钻削引导孔的（de）方式来平衡枪钻切（qiē）削力。通（tōng）过大量（liàng）实验（yàn）数据得出：枪钻引（yǐn）导孔的深度应为1～2倍枪钻直径，直径应比枪钻（zuàn）钻头（tóu）直径大0.004～0.012mm较合适。

4.工（gōng）艺试（shì）验与分析

深孔加工工序草图如图3所示，用软三爪装夹，以定位，夹紧，按车端面→钻导向孔→钻深孔的顺序进行零件的深孔加工。钻导（dǎo）向孔时，以（yǐ）不同厂家（jiā）的钻（zuàn）头按不（bú）同切削参数进行（háng）试验加工;钻深（shēn）孔时，我们（men）选择（zé）了伊斯卡的（de）枪钻，以（yǐ）不（bú）同的加工方（fāng）法和不（bú）同的切削参（cān）数进行了多个孔的钻削（xuē）试验。

1)引（yǐn）导孔加工

钻引导孔时，在满足（zú）枪钻引导作用的前提下（xià），笔（bǐ）者（zhě）也兼顾了刀（dāo）具成（chéng）本问（wèn）题，分别选择进口的伊斯卡中空内冷合（hé）金钻头（tóu）和国产的四平合金钻头进行了试切（qiē）加工。经过多个孔的试验加工，发现进口刀（dāo）具切削参（cān）数比（bǐ）国产刀具要高许多，转速可以达到（dào）2500r/min，进给率为50mm/min，而（ér）且较抗磨损，但费用较高;国产刀（dāo）具的切削参数偏（piān）低，转速为600r/min，进给率仅（jǐn）为20mm/min，加工（gōng）效率（lǜ）远低于进口刀具，费用同样远远低（dī）于进口刀具的费（fèi）用。经试验（yàn），两种刀具的加工质量相似。因为（wéi）此零件的批（pī）量小且加工件数少（shǎo），在满足加工质量的前提下，我（wǒ）们选择了费用较低的四平合金钻头。

2)深孔加工

深孔加工我们采用（yòng）了两种（zhǒng）加工方案进行（háng）试验加（jiā）工：一种（zhǒng）是进入（rù）导向孔和退出深（shēn）孔时，均采取（qǔ）小于钻削时转数和（hé）进给率的方法进行深（shēn）孔加工;另一种是以较（jiào）低转（zhuǎn）数（shù）和（hé）进（jìn）给率反（fǎn）转进入导向孔，以零转数和G0的（de）速度快速退出深孔的加工方法（fǎ）。经过试验加工发现：一种加工方法加工效（xiào）率（lǜ）低且零件（jiàn）表面质量差（chà），而第二（èr）种加（jiā）工方法，加工效率高且质量较（jiào）好。因（yīn）此，在确（què）保足（zú）够（gòu）冷（lěng）却压（yā）力的情况下（xià），选择第二种（zhǒng）加工方法进行了刀（dāo）具寿（shòu）命试验。试（shì）验过程中发现，1把枪钻加工到（dào）第4件零（líng）件时（shí），加工（gōng）声音（yīn）异（yì）常，于是调低进给倍率为90%，继续加（jiā）工，可顺利完成第4件和第5件（jiàn）的（de）加工，但加工到第6件时，加（jiā）工到孔深78mm时，钻头折断。经过试验，在调低进给倍率（lǜ）的情况（kuàng）下，1把枪钻加工（gōng）5件零件，可防止钻头折断（duàn）。

在某（mǒu）些加工范围（wéi）内，枪钻（zuàn）能解决（jué）麻花钻（zuàn）不能解决的深孔（kǒng）和高精度孔加工问题，可钻出一个（gè）直线度高、表面粗糙度好的孔（kǒng）。而且在固定所（suǒ）有因素，如主轴转速（sù）、进（jìn）给速度（dù）和冷却液压力后，深孔钻（zuàn）这个工序便（biàn）成为一个简易的（de）“标准”工（gōng）序，不受操作员（yuán）技术的（de）影响，只要是一个高质量的枪（qiāng）钻便可在生产过程中提供一（yī）致的表现。它（tā）不仅适用于（yú）专用枪钻（zuàn）机床，同时在高压内冷和导向（xiàng）满足（zú）的情况下也（yě）适用于车铣复合加工中心（xīn）和（hé）数控（kòng）车床，经济（jì）适用性强，有一定的推广价值。

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