深孔加工的高效解决方案
深孔加工的高效解决方案
在汽车零部件的制造成本中，刀具费用所占的比例虽然只有百分之几，但汽车制造商们仍然提出了降低刀具成本的要求。 就刀具本身而言，通过提高自身的加工效率、延长使用寿命可以降低其在生产成本中所占的比例。为缩减过去占制造成本15%～20%的切削液成本，干式、半干式切削得到逐步推广，开始替代传统的湿式切削。与此同时，刀具制造厂商开始将适应干式、半干式切削的刀具商品化，以进一步降低零部件的制造成本。 在切削刀具中，孔加工用的钻头尤其不易实现干式、半干式切削。进行干式加工时，由于不能通过使用冷却剂达到冷却与润滑的效果，致使切削部位的温度会迅速上升，使刀刃急剧磨损，刀具寿命急速缩短。特别是在切削热易蓄积的孔加工中，熔结在刀具上的被加工材料脱落后会造成刀刃的显著损伤，再加上缺乏冷却液的排屑功效，切屑堵塞很容易造成钻头折断，使加工不稳定。令人遗憾的是，至今为止，孔的干式加工的实用化仍未能实现。 目前，除了铝合金、耐热合金材料的加工之外，采用最少量冷却剂的半干式加工正在得到推广和普及，在深孔加工中也已开始得到采用，如至今仍很难加工的L/D=10以上的深孔已经能够用非步进法进行加工了。 以往的深孔加工主要使用高速钢钻头、枪钻。为了避免孔弯曲而采用小进给方式加工，为防止切屑堵塞而采用步进方式加工，致使生产效率一直很低。现在，这个问题已经得到了解决，三菱公司开发出的可实现高效、高质量加工的硬质合金整体钻头（如图1所示），目前在汽车制造业已经得到应用。
图1 深孔加工用硬质合金整体钻头 这种硬质合金整体钻头的特点是螺旋排屑槽形状由窄变宽，加工L/D＞20的深孔时不需步进进给，可实现连续进给，一次完成加工。 当加工球墨铸铁时，如图2所示，使用普通钻头切削，当L/D=5.3时就会因切屑堵塞钻头发生折断现象而无法继续加工下去。而采用最新的深孔加工用硬质合金整体钻头，L/D=25的深孔也可用非步进进给方式实现稳定加工，且未见切削动力消耗的上升。
图2 切削性能比较
图3 与以往加工方法的比较（加工时间） 图3所示的是最新深孔加工用硬质合金整体钻头与以往的深孔加工用钻头切削时间的对比情况。采用直径为直径6mm的内冷型钻头，加工孔深为150mm的深孔，分别采用各自推荐的常规切削条件进行加工。结果显示，整体硬质合金钻头的加工时间大约是以往加工方式的1/5（与枪钻相比）～1/10（与高速钢钻头相比）大幅提高了生产效率。
&图4& 加工实例（曲轴加工） 图4所示的汽车零部件的曲轴上有一斜且深的润滑用油孔，以往采用高速钢钻头或枪钻加工。为了提高加工效率，建立经济、灵活的柔性生产，可采用加工中心组成生产线，并使用硬质合金整体钻头。在考虑到保护环境问题的同时，此零件的加工采用半干式加工替代了湿式加工。半干式加工时工具的寿命可达72m/reg，相对于传统工具而言提高了1.8倍。即使是与湿式加工相比较，也可以得到同等以上的寿命。 同时，在如下条件的连杆加工中： □ 被加工材料：碳素钢S55C □ 钻头直径：直径6mm，内冷型 □切削参数：Vc=80m/min，fr=0.2mm/r □ 孔深：126mm 此钻头的使用与以往的工具相比较，使用寿命增加了1.5倍。 预计深孔加工用钻头的需求将进一步增加，因为深孔加工用钻头的诞生是与由专机生产线向以加工中心构成的FTL（柔性传动生产线）转变的发展趋势相吻合的。 现在，铝加工的半干式切削在部分用户中已经得到使用。但为得到更长的使用寿命，尚在进一步改进其结构形状的进程中，并在考虑采用DLC（类金刚石）物理涂层等措施。 为进一步减轻汽车的重量，铝材的用量还将不断增加。在不远的将来，人们就能看到适用于铝材加工的各种钻头了。
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友情提示：交易有风险，行事需谨慎。对于明显低于市场价很多、要求先付款再交易的需要特别注意。事实上，复杂的深孔加工变得越来越富有挑战性。零件常常要求附加特征，例如非常小的孔光洁度、内室、孔径变化、轮廓、凹槽、螺纹及变化的孔方向。要高效地获得此类公差很小的孔，不仅需要具备丰富的经验和研发资源，而且需要工程能力、应用设施以及实质性的客户参与。　　深孔加工(DHM)是一类由专为现有应用而设计的刀具所主导的加工领域。许多不同的行业都涉及到深孔加工，但应用最广泛的是能源和航空航天业。起初某些深孔零件特征往往看似无法形成，但由专家们设计的非标刀具解决方案除了解决工序问题，也能确保它们在某种程度上以高效率和无差错为特征予以执行。对复杂孔的需求不断增长，并且迫切需要缩短加工时间，这样就促进了现代深孔加工技术的发展。数十年来，深孔钻削都是一种采用硬质合金刀具的高效加工方法，但孔底镗削作为瓶颈已开始不断显现。　　现在，该加工领域取得成功通常基于混合使用标准和专用刀具元件，这些元件具有设计成专用深孔加工刀具的经验。这些刀具配有加长的高精度刀柄，并且具有支撑功能和集成式铰刀，再结合最新的切削刃槽形和刀片材质以及高效的冷却液和切屑控制，就能在最高的穿透率和加工安全性下获得所需的高质量结果。在深孔钻削中，1mm以下的小直径孔采用硬质合金枪钻加工而成，但对于15mm及以上的孔，一般采用焊接刃钻头，而对于25mm及以上的孔，则采用可转位刀片钻头才能进行非常高效的钻削。现代可转位刀片技术和钻管系统也为深孔加工提供了专用刀具的新可能性。　　孔深超过10倍孔径时，加工出的孔一般认为很深。孔深达300倍径时就需要专门的技术，并采用单管或双管系统才能进行钻削。在漫长地加工至这些孔底部的过程中，需要专门的运动机构、刀具配置以及正确的切削刃才能完成内室、凹槽、螺纹和型腔的加工。支撑板技术是另一重要领域，在深孔钻削中也至关重要，现在它作为深孔加工技术的一部分也进展颇大。其中包括适合此领域可提供更高性能的合格刀具。工艺机会　　现在的制造要求需要完全不同于深孔钻削(随后为后续单刃镗削工序，通常不得不在其他机床上执行)的深孔加工解决方案。即使在多任务机床上，单一的装夹也需要这种方法。比如，加工几米深的孔，其孔径约100mm，必须一端有螺纹，并且深入到孔中的内室具有较大直径。通常，当钻削完成时，在将零件移至车床上后，随后通过镗削工序将这些特征添加到孔中。现在深孔加工结合了一把刀具执行后续工序的能力，并且没有机床调整限制。这种新刀具技术反而拓宽了其操作能力，从而能够在更小的限制范围内更高效地加工这些要求苛刻的特征。　　采用深孔加工技术进行高效特征加工的一个例子是石油勘探零件。此类零件约 2.5m长，具有一些复杂的特征，公差较小。要获得小公差和优良的表面光洁度，刀具解决方案首先涉及钻削直径90mm的孔，然后采用浮动铰刀进行精加工。接着到达1.5m的深度，对直径115mm的孔进行扩孔和铰削。另一分隔大约中途进入孔，然后也进行扩孔和铰削，并通过倒角完成加工。最后，进行镗削和扩孔形成两个有倒角(也铰削至成品尺寸)的内室。　　常规加工时，在机床上完成此零件的时间超过30个小时。而配有专用刀具的深孔加工解决方案能将时间缩短至7.5个小时。效率提升　　完全不同于多操作装夹，采用深孔加工技术在批量较大时也能获得生产效率提升。切削时间缩短80%也不足为奇。一个可以证明能力的例子是刀具和刀片设计方面的专有技术能够最大化切削刃负载安全。在最佳数量的刀片上进行负载平衡和优化切削作用可允许更高的穿透率，从而缩短加工时间。在精度方面，小公差是深孔加工的专长，其中70%的孔具有同心内径，典型公差0.2mm，直径公差20微米。　　正确的切屑形状和大小以及有效的排屑对于成功的深孔加工(其实为深孔钻削)而言至关重要。因此，符合要求的冷却液和切屑管理就非常重要。这里的现代概念可以是当今可转位刀片镗削和车削刀具的一部分，也或是高压冷却液技术的一部分。可靠的切屑控制是刀片槽形发展不可或缺的一部分，其方向是限制连续的切屑形成和难加工材料的断屑。　　在许多情况下，难以加工的材料涉及正在制造的零件，不仅要求良好的切屑管理，而且刀具材料也应具有合适的加工能力。对于可预期的刀具寿命和基准切削参数来说，现代刀片材质至关重要，在切削不锈钢、钛和高温合金时此类材质具有很出色的性能。偏离中心线的深孔　　孔钻削时对刀具和应用专有技术要求很高的另一个例子是加工发电站发电机轴中非常深的孔。在这种情况下，发电业专家必须以与轴中心线不对称的方式加工90吨的锻钢零件，其中孔接近5.5m长，直径刚超过 100mm。此类深孔必须偏离一定角度进行钻削，并且退出时位置公差须在8mm以内。　　钻削方向、断屑和排屑以及预加工轴绝对无废品对此应用而言至关重要。该工具解决方案包括一个专用钻头和一个新型支撑板。在轴上应用之前需进行钻削测试，其结果证实更高效可靠 - 并且退出位置在目标的2.5mm以内。　　在许多情况下采用现代孔加工技术表明加工时间大大缩短 - 从多个小时缩短至不足1小时 - 并且使很多复杂的特征也具有可加工性。　　进行深孔加工的零件首先需要钻削非常深的孔，然后往往是各种复杂的特征加工。深孔加工取得成功通常基于混合使用标准和专用刀具元件，这些元件具有设计成非标刀具的经验。　　在深孔加工中，1mm以下的小直径孔采用硬质合金枪钻加工而成，但对于15mm及以上的孔，一般采用焊接刃钻头，而对于25mm及以上的孔，则采用可转位刀片钻头在单管系统和Ejector双管系统中才能非常高效地执行这些工序。来源：网络免责声明：本文系网络整理，版权归原作者所有。但因转载众多，或无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间删除内容！内容为作者个人观点，并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。上海哲宏机电有限公司(SH_HZQC)　
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　　小直径深孔加工除了传统的麻花钻和枪钻，越来越多的使用硬质合金深孔钻。双刃的切削刃、高性能的涂层、以及针对不同材料优化的钻尖，共同实现了更高的加工效率。在钻头磨损之后还能通过不断的重磨和重涂层来降低加工成本。硬质合金深孔钻的一个重要特征是需要4个支撑刃带，在钻好必要的引导孔后，这些刃带能保证良好的支撑效果和直线度。高迈特的Drillmax XL硬质合金深孔钻提供20/30*D的标准规格，以及最大可达40*D钻深的铝合金专用深孔钻。在用于加工曲轴(38MnVs6)的斜油道孔时，以F=850mm/min高效加工速度能达到3800个孔以上的寿命。
　　很多客户在中等孔径和大孔径的深孔加工时，是直接从使用麻花钻或焊接式合金钻的方式跨越到了使用高迈特的Centron系列深孔钻，极大的提高了生产率。普通刀片式钻头受限于钢基体钻杆和结构的限制，通常不能超过5*D（五倍直径的深度）的限制，而大直径的枪钻并不常见，或并没有喷吸钻的专用设备。高迈特的Centron深孔钻在钻头前端中心安装了一个中心钻，略高于两边的刀片。这样在切入工件之后，中心钻就能作为引导和支撑，防止振动和钻偏，同时两边的刀片紧跟着将孔扩到我们需要的直径，刀片座的结构还能提供一定的直径调整范围。通过这种方式，我们将加工深度提高到了12*D。这是一个简单有效的结构，但确实是经过了很多年不断在深孔加工中的应用和改进。
　　在中等孔径的深孔加工时，我们为这种刀头配上了一个带螺旋槽的钻杆，就像麻花钻的螺旋槽一样，即使在立式加工时排屑都不是问题。并且有很多不同槽型和涂层的刀片作为选择，尤其是多种断屑槽型，加工非合金钢时都能有效的断屑。以一个&?50的Centron深孔钻加工42CrMo4为例，高达180m/min的Vc(线速度)和0.14mm/rev的f(每转进给)可以得到F=160mm/min的总进给，而麻花钻大约只有80mm/min，即使麻花钻的每转进给高达0.5mm/rev。同时这种钻头非常注重加工的稳定性，在刀头的后侧有专门的支撑块，即使遇到贯穿孔或出口非平面时都能顺利通过。这个特点受到了众多来自能源、船柴、重工等行业客户的青睐。
Centron钻头
　　为了进一步追求高效加工，我们新推出了一款名为Centron Powerline的双刃深孔钻。传统Centron两边的刀片并非对称分布，只能算是一个有效切削刃，而Powerline是对称的切削刃。一个简单的结果就是进给率翻倍。 同时在大于?40直径时，两侧刀片的错位分布还能进一步提高断屑性能。在回转支承和管板等需要大量钻孔的工件上，可以更多、更快的钻孔。
Centron钻头
　　而在遇到大直径孔的深孔加工时，除非有一台强劲有力的镗床，不然还是钻底孔后慢慢扩吧。如果客户加工设备的机床功率和扭矩允许时，我们能帮客户直接从实体钻到?300，在中国我们做到过?260。
大直径深孔钻头
　　高迈特集团一直作为来自德国的孔加工专家为大家所知，通过不断的扩充，我们有十几个钻头系列来适应不同的工况和加工要求。无论是浅孔还是深孔加工，无论是注重稳定性还是更关注成本，我们始终准备着为您提供一款更好的钻头。
（请登录发言，并遵守）
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谈重型深孔钻镗床在深孔加工中的常见问题
谈重型深孔钻镗床在深孔加工中的常见问题
00:12:58&&作者：徐亚芬 &&来源：
　　我公司生产的重型深孔钻镗床所加工的工件类型范围涵盖较广，最大工件重量6-320t，最大工件长度可达25m，工件分回转类零件和不回转类零件。下文所提及的工件均为最大重量在80t以上，最大直径在2m以上，长度超过5m的重型回转类零件，原因是较小规格的深孔加工机床遇到相同问题时解决起来相对容易一些。
　　我公司生产的重型深孔钻镗床所加工的工件类型范围涵盖较广，最大工件重量6-320t，最大工件长度可达25m，工件分回转类零件和不回转类零件。下文所提及的工件均为最大重量在80t以上，最大直径在2m以上，长度超过5m的重型回转类零件，原因是较小规格的深孔加工机床遇到相同问题时解决起来相对容易一些。
　　加工此大型回转类零件首选的机床结构型式为工件床身与钻杆床身分离，即高低布局的机床结构型式。从操作方面讲主要是因为钻杆床身较工件床身规格小，且钻杆床身中心高较工件床身中心高小，钻削系统稳定性好。工件床身布置在地面下，钻杆床身布置在地面上，操作高度宜人。所以下文所提及的重型深孔钻镗床均为工件床身与钻杆床身分离、高低布局结构型式的机床。
　　重型深孔钻镗床对大型回转类零件进行深孔加工时的常见问题，要从工件系统和钻削系统两大方面进行分析。
　　从工件系统方面进行分析
　　基于深孔加工特点，回转类工件在工件床身上的装卡方式只能是一卡一拖或两拖方式。一卡一拖方式为花盘卡持工件一端既传递扭矩又承载工件重量，一个中心架支撑工件的另一端。两拖方式为两个中心架分别支撑工件的左右两端，花盘只用于传递扭矩，不承载工件重量。
　　对于重量大、长度较长的工件，都客观存在由于自身重量而产生的挠度变形。无论采取哪种装卡方式，都避免不了挠度变形，所以实际操作时，尽管操作者水平很高，也不可能将工件的回转轴线调成一条直线，这样就会时常发生工件在旋转过程中花盘卡爪有响声、中心架滚轮损坏等现象。
　　分析花盘卡爪有响声的主要原因：卡爪与卡持的工件表面是刚性接触，工件因自重产生挠度变形，导致卡爪表面在轴向方向受力不均。在静止状态下，最上方的卡爪和最下方的卡爪在轴向方向受力大小相反。当花盘通过卡爪带动工件旋转时，卡爪受到交变载荷的作用，工件越重，长度越长，工件挠度变形就越大，卡爪受到的交变载荷也就越大，越易产生花盘卡爪有响声的现象。
　　我公司实际解决时经常采用卡爪和工件之间垫铜皮的办法。当卡爪受到较大的交变载荷时，铜皮被压变形，从而使卡爪表面在轴向方向受到的不均匀力得以释放，有很好的效果。此办法已在重型卧式车床上广泛应用。
　　分析中心架滚轮损坏的主要原因：实际操作时，操作者尽力将中心架滚轮回转轴线与工件回转轴线调成平行，希望中心架滚轮与工件之间的接触线与工件的回转轴线平行。但是由于工件因自重产生挠度变形，导致中心架滚轮在轴向方向受力不均、偏载。工件越重，长度越长，工件挠度变形就越大，中心架滚轮表面在轴向方向的偏载就越严重。当局部载荷大于中心架滚轮材料的许用应力时，中心架滚轮被压变形，严重时端面法兰盘螺钉崩出，内部轴承损坏，无法继续使用。
　　我公司为此研制了特殊的曲面滚轮轴承，轴承作为滚轮直接支撑工件。由于轴承的材料为轴承钢并经过热处理，整体有很高的硬度，不易被压变形，轴承表面在轴向方向为直径很大的曲面，这样使接触线尽量增大，缓解局部偏载，在实际应用中取得良好效果。我公司在重型卧式车床上也推广应用。当工件的加工精度要求很高时，应采用两个中心架支撑工件重量，与工件接触为支撑瓦的结构形式。
　　工件系统方面存在的一些其它方面的问题，这里不进行阐述。
　　从钻削系统方面进行分析
　　常见的问题如受油器封不住油、排屑不畅等。
　　分析受油器封不住油的主要原因：当采用内排屑深孔加工方式时，需要受油器机构的旋转套端面顶紧工件端面并随工件一同旋转，端面密封出现问题时，便会漏油，甚至高压油突然从受油器的旋转套端面处喷溅出来，无法正常钻削。造成这种现象的原因有三点：
　　(1)受油器的顶紧力小。当顶紧力小于高压油产生的推力时，高压油将受油器推开，高压油刹那间喷溅而出;
　　(2)工件端面偏斜。工件端面与受油器机构旋转套端面的密封通常采用较硬橡胶材质的零件进行密封，工件端面偏斜会使密封零件在轴向方向受力不均，轴向方向受力小的局部密封效果差，易出现渗油现象，严重时油像水流样从工件端面淌出;
　　(3)堵屑。由于切削参数调整不当，钻削时断屑效果差，出现长屑，不能从钻杆内孔及时排出，造成系统压力越来越高，当系统压力超过受油器的顶紧力时，高压油将受油器推开，高压油刹那间喷溅而出。
　　解决措施
　　(1)受油器的顶紧力小。应调整机床液压系统，增大顶紧力，没有液压系统的机床，应采用力矩扳手，按计算数值增大顶紧力;
　　(2)工件端面偏斜。内排屑深孔加工前，应将工件端面车平;
　　(3)堵屑。调整切削参数，将切屑断屑成易排屑的形态，如果工件材质特殊，还需更换刀片材质才能达到断屑目的，甚至有时将整体的刀体结构更换，才能正常切削。
　　我公司的重型深孔钻镗床在中国一重深孔加工核电转子时，更换了套料刀体(刀体整体结构改变)，才达到了正常切削的效果。
　　分析排屑不畅的主要原因：当采用内排屑深孔加工方式时，切屑需经过钻杆内孔及钻杆箱主轴中心孔，才能排到铁屑收集器。排屑不畅主要发生在钻杆内孔、钻杆箱主轴中心孔、钻杆箱主轴中心孔与铁屑收集器的交接处。一般都是由于不断屑、出现长切屑时排屑不畅。解决措施包括：
　　(1)选用合理的切削参数、合理的刀片材质，反复调整达到断屑目的;
　　(2)由于钻杆内孔结构受限，那么机床应进行结构改进，将钻杆箱主轴中心孔尽量加大，并将钻杆箱主轴中心孔与铁屑收集器的交接处的弯度加大，达到利于排屑的目的。
　　结束语
　　深孔加工实际情况较多，现代深孔加工精度要求也越来越高，深孔加工在线测量等实际问题还有待研究。
　　本文所阐述的几个问题侧重从机床制造厂家的角度来谈(对深孔加工工艺未做过多阐述)，是实际常见而又必须解决的问题。如有不足之处，欢迎大家共同探讨，共同进步。(
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