【摘要】根據產品結構特性分析對比各種深孔加工方法，選取合適的刀具系統和加工方案，通過試驗進行模擬和驗證，對遇到的問題提出解決措施，最終取得了良好的加工效果。
【關鍵詞】深孔加工；內排屑噴吸鉆
0.引言
深孔加工是機械加工中難度較大、技術含量較高、專業性較強、加工成本較高的一種加工技術。本文介紹了利用內排屑噴吸鉆進行大深徑比深孔的應用情況。
1.產品結構及加工難度介紹
我公司承擔制造某項目蒸汽發生器的管板中心徑向位置設計有長約2100mm，直徑Φ59mm 的疏水孔，結構見圖1。
圖1 疏水孔結構
較大的孔深和孔長徑比（＞35），使該孔的加工不同于普通的孔加工，加工難點更為突出，因而在選用和使用深孔刀具時，應更予重視。
（1）深孔加工過程中，由于其刀具本身進入工件中，并在半封閉的條件下進行切削，因此受到較多的限制而無法直接觀察刀具的工作情況，只能憑經驗通過不斷觀察切屑形狀和監測設備運行情況等手段來判斷刀具的工作情況。
（2）導向。由于深孔的長徑比大，鉆桿細長，剛性較低，容易產生振動，鉆出的孔不可避免地產生某些偏歪如走偏、孔中心線彎曲等。
（3）鉆頭工作條件惡劣。切屑是在不能保證其在正常形成的不良條件下產生的。
（4）斷屑與排屑困難。深孔加工時，排屑空間受到限制且切屑難以自動排出。必須保證可靠地斷屑和排屑，否則切屑堵塞就會引起刀具損壞。
（5）冷卻和潤滑。孔加工屬于半封閉式切削，摩擦大，切削熱不易散出，工作條件差，而加工深孔時，切削液更難注入，必須采取有效的冷卻和潤滑措施。
（6）材料特性引起的跑偏問題。由于零件為鍛件，整體體積和噸位大（重量＞100T），零件鍛制過程中鍛件局部可能存在材料加工不均勻而生成的“硬點”，如果孔加工時經過“硬點”的位置就容易使鉆頭行進軌跡產生偏移，造成加工后孔的整體直線度超差。
2．深孔加工方法對比
常用的孔加工方法如下：
（1）麻花鉆加工+擴孔鉆擴孔。
（2）外排屑深孔鉆（槍鉆）。
使用范圍：適用加工孔徑Φ6~Φ20，孔深與孔徑之比大于100。特點：需要較高的內冷壓力；進給量小，效率較低；剛性差，加工孔的精度低，粗糙度差；成本較低。
（3）BTA 內排屑深孔鉆（數控三軸深孔鉆）。
使用范圍：適用加工孔徑Φ15~Φ65，設備最大加工深度1700mm。特點：效率高，精度高，要求裝卡精度高。
（4）噴吸鉆系統。
使用范圍：適用加工孔徑Φ16~Φ60。
特點：切削液要求壓力較低，其余性能同內排屑深孔鉆，可裝載在鏜銑床上使用。
（5）DF 系統。
使用范圍：同噴吸鉆。
特點： 噴吸鉆與BTA 內排屑深孔鉆相結合的一種深孔鉆削加工系統，效率高，精度高。
成本較高。
首先排除方法1）。
槍鉆在理論上可以滿足鉆孔深度的要求，但是超過兩米的排屑路徑，通過單純的增加內冷壓力來實現排屑是不可能的，同時槍鉆的加工精度也無法保證。
數控三軸鉆床加工精度可以滿足加工要求，但受設備加工能力的限制，無法完成整個孔深度上的加工。
DF 系統在加工精度和加工效率都更優秀，但性價比較低。
在充分考慮刀具系統加工能力和性價比之后，配合廠內設備決定采用噴吸鉆系統進行疏水孔的加工試驗。
3.噴吸鉆加工方法及其原理
作為內排屑加工系統（圖2），噴吸鉆原理為：將冷卻液從刀體外壓入切削區并用噴吸法進行內排屑。冷卻液從冷卻液供給系統進入尾部的接柄，其中一部分從內管四周月牙區噴入內管。由于牙槽縫隙很窄，冷卻液噴出時產生的噴射效應能使內管理形成負壓區。另外一部分冷卻液經內管與外管之間流入切削區， 匯同切屑被負壓吸入內管中，迅速向后排出，增強了排屑效果。
圖2 噴吸鉆原理圖
4．試驗
4.1 試驗加工系統
利用鏜銑床，在2200mm 長近似材質的試驗件上利用內排屑噴吸鉆系統進行鉆孔試驗。試驗及產品加工系統如圖3 所示。
圖3 試驗及產品加工系統
由于深孔鉆頭要求切削液具有高的壓力和大的流量，切削液的傳輸裝置應能將切削液沿鉆桿和鉆頭的外部送達切削刃，再由那里通過鉆頭和鉆桿的內部帶著切屑排出。
固冷卻潤滑系統主要由受油器、油箱、積屑箱、油泵、電機和相應的液壓元件等組成。
試驗系統具體參數為：
切削液類型：切削油。
切削液壓力：2~3MPa。
切削液流量：125~200L/min。
工件材料：20MnMoIV。
被加工孔的尺寸：直徑Φ59mm，孔深2100mm。
4.2 試驗加工過程
加工流程：底孔加工（麻花鉆、鏜刀桿）→短鉆桿加工（噴吸鉆）→長鉆桿加工（噴吸鉆）。
4.3 加工參數選擇
試驗過程中需要明確的參數主要有兩個：轉速（切削速度）和進給量。
轉速和進給量是需要相匹配的：
高轉速低進給會造成鐵屑不折斷，這是由于，隨著切削速度的增加使鐵屑升溫、變形系數減小（鐵屑變薄），導致鐵屑難以折斷。
低轉速高進給會造成刀具切削形式由切削變為擠壓，會大大增加刀具與工件接觸部位的溫度，嚴重降低刀具使用壽命，甚至發生崩刃等情況。同時過大的進給量可能會超出設備最大扭矩能力，對設備造成損害。
為了保證設備安全和試驗的可控性， 試驗初期選擇較低鉆速和較小的進給進行試驗。根據材料特性和加工經驗，選擇200r/min的轉速和20mm/min 的進給。切削約100mm，設備及刀具系統運行狀況良好，但是排出的鐵屑軟、長，部分長鐵屑積聚在鉆管內不易排出。
鐵屑越厚，越容易折斷，根據之前試驗過程中不易斷屑的情況可以判斷當前的進給量較低，可以適當增大。
下表 列出了不同轉速和進給的參數下加工的各項指標顯示。適宜的加工參數是在鐵屑厚度和鉆頭壽命中選取合適的平衡點。
表:不同切削參數加工對照
圖4 適合的切削參數下的鐵屑
4.4 加工精度控制措施
（1）鉆孔前加工一個與鉆頭直徑相同并有足夠深度的定位孔，此孔在引鉆時可以起到導向定心的作用。注意保證定位孔的加工精度。
（2）在設備與工件之間加入支撐裝置，可以有效地減少由于鉆桿長度過大引起的孔直線度偏差。
（3）利用長短鉆桿分段加工，每加工一段距離后退出刀桿，對已加工孔進行檢查，有效避免一次加工到位帶來的風險。
5.總結
截止目前已順利完成4 臺產品（每臺1 個）的疏水孔加工，說明內排屑噴吸鉆加工單孔、大深度和大長徑比的深孔是可行的。進一步豐富了深孔加工的加工方式，為相關類似的產品加工提供了參考。
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