用普通车床加工细长孔的工艺探讨

“金蓝领”技师培训论文

用普通车床加工细长孔的

工艺探讨

姓名：王海洋

山东工业陶瓷研究设计院

2008年9月20日

[摘 要] 用普通车床加工细长孔,夹具和钻具的设计是关键。设计适当的夹具和钻具、采用合适的加工工艺,在普通车床上进行精度要求不高的细长孔的加工是可行的。 [关键词] 普通车床;细长孔;加工工艺

1 前言

细长孔的钻削加工在机械加工中一直是一件难度较高的工作。因此,批量加工细长孔工件,一般都使用专用设备。能否在普通车床上实现精度要求不高的细长孔的加工,对缺乏专用加工设备或单件小批量生产有着十分积极的意义。

图1 所示为我厂生产的一种带细长孔的工件,孔径15mm ,孔深1048mm。该工件虽然没有形位公差要求,但采用普通钻头和常规加工方法难以实现加工目的。由于工厂缺乏细长孔专用加工设备,使生产陷入被动。为了解决生产急需,我们对利用普通卧式车床加工细长孔的工艺进行了研讨。经实践证明,只要设计出适当的夹具和钻具、采用合适的加工工艺,在普通车床上进行细长孔的加工是可行的。

图1 工件

2 加工工艺分析

从图1 中的工件尺寸要求看,L/ D≈70 ,应属超深孔,加工难度不言而喻,即使在专用深孔钻床上用外排屑深孔钻进行加工,其难度也是非常大的。在普通车床上进行加工,主要存在以下困难:

(1) 工件的精确定位

工件的装夹定位,直接关系到钻孔加工精度。深孔加工容易钻偏的原因,除钻具的刚性及加工轴向作用力的大小外,工件的装夹定位也是主要影响因素之一。因此,要根据工件的尺寸要求结合具体的加工设备、工艺方法设计专用的夹具,以解决工件的装夹定位。

(2) 适用于普通车床的长杆切削钻具

超深孔的钻削加工,适用的长杆钻具是必须的。市场上很难买到

适用的超深孔钻具,因此,必须根据工件的加工尺寸要求设计适用的长杆钻具。

(3) 加工过程中的冷却及排屑问题

超深孔的钻削加工过程中,保证切削部位的有效冷却及切屑的连续排出,是加工过程得以持续进行的关键,也是防止夹钻及保证钻具使用寿命的关键。常规冷却方法在超深孔加工过程中切削液不能直接注入切削区域,冷却效果及排屑效果都没有保证,因而不适用。冷却及排屑问题必须在设计长杆钻具时,作为重点考虑的内容。

(4) 钻孔切削工艺

在普通车床上加工细长孔,切削工艺参数也是需要认真探索的重要问题。工件的旋转速度、刀具的进给速度、切削液的流量压力以及根据排屑的效果,是否需要考虑退刀排屑等都是需要认真研究的重要工艺参数。

3 夹具设计

3. 1 工件夹具

夹具的形式必须结合具体的加工设备及工件尺寸,以保证工件在加工过程中能准确定位,且装夹方便为原则。本工件因外径较小,可置入车床的主轴孔内。设计考虑将工件的大端(钻孔端) 夹持在车床的卡盘上,另一端置入车床的主轴孔内。夹具的设计,只要考虑工件小端(置入主轴孔内的一端) 的定位,保证工件中心与车床主轴中心同轴即可。小端在车床的主轴尾端,结合车床主轴内外径尺寸,设计合适的定位锥套及压紧螺母即可达到装夹定位的要求。需要特别注意的是,锥套锥角必须与工件的倒角一致。工件装夹方式如图2 所示。

图2 工件夹具

3. 2 钻具夹具

在细长孔的加工过程中,长杆钻具的夹持方式有两种选择:一是将钻具夹持在尾座上,另一种方式是将钻具夹持在刀架上。因普通车床的尾座没有进给拖动,工作时需要人工控制,难于做到匀速进给,容易发生进给量过大使长杆钻具发生弯曲,造成偏孔。将钻具夹持在刀架上,则可利用刀架的拖动系统方便地控制和调节钻削速度,易于做到匀速进给,有利于保证加工质量。钻具夹具像车刀一样夹持在刀架上,而长杆钻具被夹持在夹具上。为了方便根据加工进度随时调整钻具夹持位置,在夹具上设置了两个夹紧螺钉,松开螺钉即可移动夹具或钻头,非常方便。钻具夹具如图3 所示。

图3 钻具夹具

4 长杆钻具的设计

长杆钻具是细长孔加工的关键工具,其性能的好坏直接关系到加工工艺的成败。

4. 1 长杆钻具的结构

长杆钻具在工作过程中,要同时承受扭矩和轴向压力。因此,长杆钻具必须具有一定的轴向稳定度及一定的抗扭强度。更为重要的是,长杆钻具的结构形式必须满足冷却及排屑的要求。长杆钻具应是管柱状结构,其内孔是冷却液的流入通道,钻杆杆体外径与工件的内孔壁

之间应有足够的间隙,保证冷却液及切屑的顺利排出。由于加工制作整体的空心长杆钻具有难度,采用成品锥柄麻花钻与空心杆体进行组合将较易加工。空心杆体的外形尺寸如图4 所示,其尾端的马牙扣是与冷却软管的连接端,带内螺纹的另一端与经过加工的成品锥柄麻花钻连接。

图4 长杆钻具杆体

4. 2 长杆钻具的选材和加工制作

(1) 选用外径14mm、长度1300mm 的厚壁无缝钢管作为接杆体,按图4 所示尺寸要求加工并在接近内螺纹处钻Φ1. 5mm 的两个对称小孔。

(2) 选用Φ15mm 的成品锥柄麻花钻头,将其锥柄加工成M10 的外螺纹,螺纹长度为18mm。

(3) 将选用的钻头磨刃后旋接于空心杆体上,并检查钻头与杆体的直线度和同轴度。

(4) 用适当的焊接方法(如气焊) 将钻头与杆体焊为一体。焊接时,采用适当的措施防止钻头过热退火软化。

(5) 焊接后用砂轮磨去焊缝的高点,并在钻头排屑槽尾端磨出冷却槽(冷却槽应对正接杆上的小孔) 。

(6) 检查钻头与杆体的直线度和同轴度,如果在要求的范围内,则一支合格的长杆钻具加工完毕。经试验发现,杆体材料的硬度不宜过高,否则易产生钻孔偏斜。

5 加工工艺

5. 1 工件预加工

倒角加工:为了保证工件的装夹精确,工件小端(夹具固定端) 的倒角角度必须与定位锥套一致。导向孔的加工:在工件大端(钻孔端) 打好中心孔后,用Φ15mm 的麻花钻头在工件中心孔部位钻孔,钻至最深处即可。此孔的作用为长杆钻具加工的导向孔,同时也可为后面的

钻孔减少加工时间。

5. 2 工件及长杆钻头的装夹

工件的装夹由卡盘与定位锥套配合,较易保证定位精度。钻头夹具夹持于刀架上,重要的工作就是找中心位置,必须仔细调整,反复确认。

5. 3 冷却液

冷却液有着冷却、排屑及对钻头进行润滑的多重作用。冷却效果好、排屑顺畅、润滑有效是在深孔加工中对冷却液的基本要求。经对多种冷却液的应用研究,发现柴油与乳浊液的混合液综合效果最好。

5. 4 退刀排屑

在钻孔加工过程中,要密切注意冷却液的流动及切屑的排出是否顺畅。如果发现排屑不顺、冷却液流动不畅,则有必要暂停加工,进行退刀排屑。

5. 5 切削参数

切削参数的选择对加工质量的影响可谓是立竿见影。工件的转速与切削进给量的合理配合是保证加工质量的关键。表一是我们通过大量试验后获得的结果。从表一中可看出,工件转速(即机床主轴转速) 为(160～200) r/ min、切削进给量为(0. 28～0. 3) mm/ r 时加工效果较为理想。 表1 切削用量的选择 转速r/ min 400 160 160 进给量mm/ r 0. 4 0. 4 0. 3 切屑效果 不好 不好 较好 300 200

0. 3 0. 28 较好 好 由55m2 提高到110m2 。改造后,减一系统的处理能力大大提高,带动整个减压系统的效能显著上升。具体数据见表7 。 表7 改造前后减一馏分油收率变化 改造前 改造后 减一平均回流温度/ ℃ 减一平均收率/ W% 49. 3 32. 3 1. 7 4. 0 减压拔出率/ W% 27. 5 29. 9

5 结论

(1) 通过改变常压塔塔盘开孔率、调节常压塔底汽提蒸汽量和常压炉出口温度、常压过汽化油回注常三抽出线等措施,控制常压塔底油350 ℃前馏分含量小于5 %,使常压轻质油收率提高约4 %～5 %,取得了十分可观的经济效益。

(2) 增大减一油系统的输送能力和冷却能力,使减一收率增加一倍以上,提高了减压塔的操作水平。

6 结语

超深细长孔的加工是机械加工中的一个难题。利用普通车床实现细长孔的加工,对广大中小加工企业有着较高的实用价值。本试验研究表明,采用适当的工装夹具、选择合理的工艺参数,利用普通车床实现对精度要求不高的超深细长孔的加工是可行的。

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