深孔加工技術(shù)之切削的處理
發(fā)布時間：2025-09-05 文章來源：本站原創(chuàng) 閱讀量：30
深孔加工技術(shù)之切削的處理
3.卷屑
在深孔加工中，希望產(chǎn)生較規(guī)則的小C形屑，這種切屑的切屑容積系數(shù)小容易排出，卷屑消耗的功率不大。C形屑的形成是由卷屑臺肩的作用與切削速度v、進給量f適當(dāng)配合而實現(xiàn)的。
卷屑就是切屑的卷曲，即切屑在某一方向上存在著流出速度差，導(dǎo)致切屑上下或者左右受力不均，從而發(fā)生卷曲的現(xiàn)象。按照切屑離開刀具的方向，一般可分為向上卷曲和橫向卷曲兩種形式。
切屑的向上卷曲是切屑上下面受力不均在厚度方向上產(chǎn)生的向上卷曲，如圖1.22所示，切屑底層的流出速度Vht大于上層的流出速度V，它的軸線近似的平行于刀具與切屑的分離線。
切屑的橫向卷曲是切屑在左右面受力不均在寬度方向上產(chǎn)生的卷曲現(xiàn)象，如圖1.23所示，在切屑底面內(nèi)沿寬度方向存在流出速度梯度，使切屑以角速度ωz繞切屑底面的法線方向旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生橫向卷曲，其卷曲軸線一般垂直于切屑底面。
切屑向上卷曲屬于切屑的二維變形，而切屑橫向卷曲屬于三維變形。實際加工過程中，切屑卷曲受到切削條件、切削參數(shù)和刀具幾何參數(shù)等因素的影響，在深孔鉆削過程中還受到刀具刃傾角λ、副切削刃與刀尖圓弧部分的影響，以及沿切削刃剪切角變化的影響等。綜合考慮這些因素，在深孔加工過程中不會得到真正意義上的橫向卷曲，大多情況下是向上卷曲和橫向卷曲合成的斜向卷曲，因為只有這種卷曲形態(tài)才能出現(xiàn)螺旋褶皺寶塔型切屑。
4.斷屑
斷屑是指切屑每隔適當(dāng)長度自行折斷。當(dāng)切屑從前刀面上流出時，由于帶傾斜（或圓弧）卷屑臺的作用，使切屑增加一部分附加變形，切屑材料失去一些塑性.然后頂?shù)娇椎?，切屑在彎矩作用下再變形，?dāng)這種變形達到足夠的程度時，則產(chǎn)生斷屑。在斷屑措施中，注意消耗功率盡可能小些，不要使切屑產(chǎn)生過大的附加變形，圖1.24為向上卷曲切屑在一個折斷周期內(nèi)切屑的變化情況。
從圖1.24可以看出：切屑上卷半徑達到最大值時，切屑將要折斷；切屑切斷后，上卷半徑為最小，但不為零。這表示切屑不是在根部折斷，而是在離開前刀面后保留一段初始卷曲的部分?jǐn)嚅_。切屑在內(nèi)環(huán)面（即切屑的頂面）發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)變隨著切屑的繼續(xù)流出而增大，最后切屑被折斷，成為C形屑。
通常切屑折斷方式有以下四種：工件阻礙型、螺旋型、后刀面阻礙型和橫向卷曲型，如圖1.25所示。
切削過程中所形成的切屑，由于經(jīng)過了比較大的塑性變形，硬度將會有所提高，而塑性和韌性則顯著降低，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。經(jīng)過冷作硬化以后，切屑變得硬而脆，當(dāng)它受到交變的彎曲或沖擊載荷時容易折斷。切屑所經(jīng)受的塑性變形越大，硬脆現(xiàn)象越顯著，也越容易折斷。在切削難斷屑的高強度、高塑性、高韌性材料時，應(yīng)設(shè)法增大切屑的變形，以降低它的塑性和韌性，達到斷屑的目的。
在深孔加工過程中，如果切屑可以周期性的折斷，可利于切屑的處理；如果切屑不能周期性的折斷或者不自然折斷，那么必須采取一定強制措施，迫使其折斷。常用的方法有斷屑槽法、改變刀具幾何參數(shù)法和調(diào)整切削用量法。無論采用哪種方法，其折斷理論都為最大應(yīng)變理論，切屑內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)變與切屑厚度的大小成正比，與切屑卷曲半徑成反比。要想折斷切屑，必須增大切屑厚度、減小切屑卷曲半徑和降低切屑斷率應(yīng)變值，這三者在斷屑中起著同樣重要的作用，只有選取三者的合理匹配值，才能得到滿意的效果。
5.不斷屑
對于奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti、沉淀硬化不銹鋼 0Cr17Ni4Cu4Nb 和鈦合金TC4等難加工材料，盡管采取上述各種加工方法，也很難實現(xiàn)斷屑，反而形成厚而韌的螺旋長屑，經(jīng)常出現(xiàn)堵屑。實踐證明，這些材料的加工不宜采用斷屑方式，可使其形成長條屑，控制切屑的寬度和厚度，使之形成窄而薄的褶皺長條切屑，則可隨切削液非常順暢地排出1。這樣，在鉆削過程中切削非常平穩(wěn)，避免了斷屑時的沖擊，提高了鉆頭的耐用度，保證了深孔加工的順利進行。綜上所述，深
孔加工中切屑的處理是一個關(guān)鍵技術(shù)，不能完全追求斷屑，某些難切削材料、小直徑孔徑的深孔加工，不斷屑，往往是正常切削的前提。
1.3.3
合理導(dǎo)向
由于深孔的長徑比大，鉆桿細(xì)而長，剛性較低，易產(chǎn)生振動，并使鉆孔偏歪而影響加工精度和生產(chǎn)效率，因此深孔加工的導(dǎo)向問題需要很好地解決。深孔加工刀具通常利用副刀刃和兩個導(dǎo)向塊三點定圓自身導(dǎo)向進行切削。合理布置這三點，是深孔加工過程正常進行需要解決的主要問題之一。通常按以下兩種原則來確定深孔刀具導(dǎo)向塊的合理分布。
1.按深孔刀具的穩(wěn)定度確定導(dǎo)向塊的合理分布
1）深孔刀具的受力狀態(tài)深孔刀具的受力狀態(tài)如圖1.26所示。深孔刀具所受的力可分為以下三類。
(1)切削力：可分解為相互垂直的切向分力Fzi、徑向分力F和軸向分力Fu
(2)摩擦力：導(dǎo)向塊相對孔壁轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生摩擦力Fn和Fa；導(dǎo)向塊沿軸向移動時與孔壁之間產(chǎn)生軸向摩力Fa1和Fa2；同樣，副切削與孔壁的摩擦力為Fa和Ft3o
(3)導(dǎo)向塊的擠壓力：導(dǎo)向塊和副切削刃與孔壁之間的擠壓力為N、和Ns。
2)深孔刀具的穩(wěn)定度
深孔刀具要在工件中正常工作，導(dǎo)向塊必需始終保持與已加工孔壁接觸，并有一定的壓力存在，才能保證加工過程的穩(wěn)定性。據(jù)此，引入靜力學(xué)中“穩(wěn)定度”的概念作為合理布置刀刃與導(dǎo)向塊位置的理論依據(jù)。
穩(wěn)定度在這里是對某一個導(dǎo)向塊而言的。穩(wěn)定力矩是指以要考察的導(dǎo)向塊作為支點，使非考察的導(dǎo)向塊壓向孔表面的力矩。相反，傾覆力矩則是指使非考察的導(dǎo)向塊脫離孔壁的力矩。因此，一個深孔刀具有兩個穩(wěn)定度，即導(dǎo)向塊1的穩(wěn)定度Si及導(dǎo)向塊2的穩(wěn)定度S。對于整個深孔刀具的穩(wěn)定性，應(yīng)該把兩者中小的作為該刀具的穩(wěn)定度S，即
當(dāng)S1>S2時，S=S2；
當(dāng)Si<S2時， S=S1；
當(dāng)S>1時，表示刀具處于穩(wěn)定狀態(tài)；S=1時，表示刀具處于臨界狀態(tài)；S<1時，說明刀具處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
穩(wěn)定度S可以作為確定導(dǎo)向塊位置的依據(jù)。為了計算深孔刀具的穩(wěn)定度，根據(jù)導(dǎo)向塊可能布置的四種情況，如圖127所示，給出四種情況下穩(wěn)定力矩Mw與傾覆力矩Mq的計算公式，見式(1.4)~式(1.7)。
式中，F(xiàn)ver為垂直方向(Z向)合力，N；Fhor為水平方向(Y向)合力，N；Ms為切削合力矩，N·m；Mb為鉆桿對鉆頭支承力矩，N·m；R為鉆頭半徑，m；8、&分別為兩個導(dǎo)向塊的位置角。
根據(jù)穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的計算公式：
S=f(F,Fo,M，M,R,8,8)
當(dāng)切削力計算出來后，F(xiàn)ver、Fhor、Ms、M為常量，R亦為常量。此時，穩(wěn)定度S是位置角&和&的函數(shù)，即
S=f(8， o)
取&和&可能變化的范圍，并取適當(dāng)?shù)脑隽浚ㄒ话銥?°~5°），算出任意和組合時鉆頭的穩(wěn)定度。取穩(wěn)定度最大(Si=Sz)時的&和&作為導(dǎo)向塊布置的位置角。在實際應(yīng)用時，為了減少計算量，節(jié)省計算機運行時間，可將&和&適當(dāng)匹配（一般取&-&=90°），這樣S就為單變量函數(shù)。通過單變量循環(huán)計算，可獲得。和&在一定的匹配下穩(wěn)定度最大時的位置角。
2.按導(dǎo)向塊受力確定導(dǎo)向塊的合理分布
深孔刀具導(dǎo)向塊的布置，亦可按兩導(dǎo)向塊所受正壓力N和N相等原則來確定。當(dāng)受力相等時，兩導(dǎo)向塊磨損均勻，同時達到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，避免了受力不均，一個導(dǎo)向塊磨損過快而導(dǎo)致的刀具過早報廢，節(jié)省材料。在8和&可能的范圍內(nèi)，取適當(dāng)?shù)脑隽浚ㄒ话銥?°~5°），計算出使N=Nz時的&和&值，該值即為受力相等時兩導(dǎo)向塊布置的位置角。
按穩(wěn)定度S最大原則和兩導(dǎo)向塊所受正壓力M和N相等原則計算所得導(dǎo)向塊位置角是不同的。從深孔加工穩(wěn)定性、加工精度和刀具耐用度等方面綜合考慮，
按最大穩(wěn)定度原則來確定導(dǎo)向塊的位置角和&比較合理，對于由此產(chǎn)生的兩導(dǎo)向塊受力不相等，磨損不均勻的缺陷，可以采取把受力大的導(dǎo)向塊的寬度加大，增加承受載荷的面積的方法來彌補。
因此，深孔加工技術(shù)可理解為：使用一定壓力的冷卻潤滑液及排屑系統(tǒng)，采用導(dǎo)向良好的深孔刀具、機床和附加裝置，使之達到高效、高精度的加工深孔的目的。