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钛合金深孔枪钻加工研究综述

2017年08月30日09:21
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       钛合金深孔(特别是小直径深孔)的钻削加工一直是机械制造业的难点,也是研究的重点。本文结合深孔加工的特点和钛合金的切削特性,从枪钻结构、加工工艺、振动钻削和加工稳定性四个方面对钛合金深孔枪钻加工技术的研究现状进行了分析和总结,指出了目前深孔枪钻加工存在的问题,并展望了今后的研究方向。


      机械零件越来越复杂,零件对深孔加工的需求日益增多,这在模具制造业中尤为突出(如模具顶出孔和冷却水道孔的加工)。有关资料显示,孔加工约占整个机械加工的30%,而深孔加工又占到孔加工的40%以上,其中有22%是实心料的加工。在刀具生产行业,世界各国每年生产的用于孔加工的钻头占整个刀具行业的60%。在29个制造行业中,至少有50%对深孔加工及其设备有直接需求,1/3以上有迫切需求。但是,我国深孔加工技术的发展和普及比欧洲等发达国家至少落后近30年,90%的深孔加工装备都依赖进口,拥有自主知识产权和核心技术的高端产品不足10%。发展和推广深孔加工技术直接关系到我国机械产品的生产效率和质量。


      1 深孔加工常用方法

 

      在机械制造业,孔加工一般按孔的长径比分为浅孔加工和深孔加工。由于传统的孔加工普遍采用标准麻花钻,因此根据麻花钻的直径d0、螺旋角β和螺旋槽导程P之间的关系,将长径比>5的孔称为深孔。在近现代,随着科技发展以及孔加工方式的增加,浅孔与深孔之间已经没有明确的界限。人为地将孔加工按孔的长径比进行划分,主要是为了便于选择刀具和选用工艺。对于浅孔加工,可以用麻花钻钻削、激光加工、电火花加工、线切割加工等多种方式来实现。由于浅孔的长径比小,加工比较容易,因此可选择的加工方法也较多。但对于深孔或超长深孔(一般定义为长径比>10的孔)的加工,可选择的加工方法明显减少。深孔加工刀具可按排屑方式分为内排屑和外排屑两大类,外排屑刀具包括枪钻、深孔扁钻、深孔麻花钻等;内排屑刀具因所用加工系统不同,分为BTA深孔钻系统、喷吸钻系统和DF深孔钻系统。


      深孔麻花钻是目前最常用的深孔加工刀具,由于其应用的广泛性,大量国内学者对其进行了研究,大致包含以下四个研究方向:①麻花钻钻尖结构的研究。例如:A.S.Salama和A.H.Elsawy研究了双平面钻尖的动态几何结构,分析了进给速度对双平面钻尖切削刃关键角度参数的影响。李信能研究了平面钻尖的加工方法,建立了刃磨单平面和双平面钻尖的数学模型。②麻花钻螺旋槽结构的研究。例如:Kaldor S.等研究了加工螺旋槽时的刀具截面轮廓和砂轮截面轮廓设计问题,给出了“正问题”和“反问题”的明确定义,即“正问题”是给定砂轮轴截面形状,求解螺旋槽横截面形状;“反问题”则是给定螺旋槽截面形状,求解砂轮轴截面形状。刘彬从切屑的卷曲、流出两个方面对麻花钻螺旋槽的优化设计方法进行了探讨性研究,提出一种排屑顺畅的麻花钻刃型设计方案。③麻花钻横刃修磨的研究。横刃修磨能显著减小轴向钻削力,提高进给量,其主要修磨型式有R型修磨、X型修磨、N型修磨、S型修磨、杯型修磨和无横刃型修磨等几种方式。④深孔麻花钻的结构研究。原江西量具刃具厂曾开发了一种深孔加工抛物线麻花钻,该钻头的螺旋槽型由抛物线和圆弧旋转而成,无刃背,容屑槽宽,采用大螺旋角和无锥度的厚钻芯。虽然深孔麻花钻的发展已经达到成熟阶段,但由于加工深度受到制约,深孔麻花钻还无法完成小直径超长深孔的加工。

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