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【兆恒機(jī)械】深腔小孔的加工難點(diǎn)破解方法

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  • 添加日期:2022年08月11日

1. 零件結(jié)構(gòu)


  筆者公司承制的產(chǎn)品加工制造任務(wù)中,有一種電磁閥,在生產(chǎn)過程中遇到了按照傳統(tǒng)方法無法加工的深腔小孔難題——其深腔之深、小孔之小是以往沒有遇到的,具體零件尺寸如圖1、圖2所示。該零件的加工難度非常大,如何保證加工質(zhì)量讓我們頗費(fèi)周折。

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  2. 加工難點(diǎn)分析


  由圖1 、圖2 可以看出, 深腔小孔精度要求極高: 深腔為φ 16mm,深度達(dá)到了40mm;深腔內(nèi)小孔為φ(0.5±0.02)mm,且小孔頂部帶有凸臺(tái)形密封面,外圓φ 1mm,小孔直徑0.5mm、深度5mm,深腔小孔與凸臺(tái)形密封面同軸度要求為φ 0.01mm,凸臺(tái)形密封面與深腔垂直度要求為0.01mm,必須一次裝夾加工完成,且不能有任何的偏斜,否則不能滿足圖樣要求。


  該零件內(nèi)深腔小孔直徑與長(zhǎng)度之比為1:10,屬于深孔加工。


  由于孔的深度與直徑之比較大,且小孔又處于深腔內(nèi)部,導(dǎo)致鉆桿細(xì)長(zhǎng),剛性差,工作時(shí)容易產(chǎn)生偏斜和振動(dòng),因此,孔的精度及表面質(zhì)量難以控制;另外,由于零件材料為1Cr18Ni9Ti,斷屑不好,則可能由于切屑堵塞而導(dǎo)致鉆頭損壞,無法保證孔的加工質(zhì)量。


  3. 加工方法探索


  針對(duì)此難題,前期進(jìn)行了如下探索:


 ?。?)定制加長(zhǎng)鉆頭:先后定制了加長(zhǎng)的高速鋼鉆頭、合金鋼鉆頭10余把,由于鉆頭本身韌性有限,鉆削熱量不易散發(fā),排屑空間小、易堵塞,在加工過程中鉆頭極易折斷,即便是進(jìn)給量控制得非常微小也無法保證。


 ?。?)采用激光打孔技術(shù):利用激光打孔機(jī)加工此深腔小孔,結(jié)果測(cè)量發(fā)現(xiàn)小孔的圓度較差,關(guān)鍵問題是利用激光打孔機(jī)加工必須要二次裝卡,基本不可能保證深腔小孔與凸臺(tái)形密封面同軸度φ 0.01mm的要求。


  4. 工藝分析


  在深腔內(nèi)的深孔加工,影響其加工質(zhì)量的因素有兩個(gè)方面:


 ?。?)鉆頭的剛度:鉆桿細(xì)長(zhǎng),剛性差,工作時(shí)容易產(chǎn)生偏斜、振動(dòng)及斷裂,影響孔的精度及表面質(zhì)量。


 ?。?)排屑:孔小且深,排屑通道長(zhǎng),鉆削時(shí)是在近似封閉的狀況下工作的,由于時(shí)間較長(zhǎng),斷屑不好,排屑不暢,則可能由于切屑堵塞而導(dǎo)致鉆頭損壞,無法保證孔的加工質(zhì)量。


  5. 采取的措施


  針對(duì)深孔加工的特殊性及對(duì)深孔鉆的要求,吸取以往經(jīng)驗(yàn),結(jié)合深腔小孔的特點(diǎn), 采取了如下措施:


  (1)設(shè)計(jì)鉆削刀具裝卡裝置,增加鉆頭的剛性。鉆削刀具裝卡裝置采用包裹式結(jié)構(gòu),減少鉆頭的裸露部分(見圖3),以提高鉆頭剛度和強(qiáng)度。并設(shè)置切削液流道,借助一定壓力切削液的作用促使切屑強(qiáng)制排出,達(dá)到排屑和冷卻的目的。



  (2)改進(jìn)鉆削刀具。為保證深腔小孔的表面粗糙度要求,需要麻花鉆粗加工后,用鉸刀進(jìn)行精加工。為提高鉸刀韌性、防止加工中鉸刀的損傷,采用齒數(shù)減半的方式,對(duì)鉸刀進(jìn)行改進(jìn),減小了進(jìn)給量,增大了排屑和容屑空間,具有韌性好、散熱好和排屑好的優(yōu)點(diǎn)。


 ?。?)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給鉆削,有效減小鉆頭折斷的可能性。設(shè)計(jì)有鉆套,可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給鉆削。即使加工設(shè)備非常精密,也是機(jī)械式的進(jìn)給,無法反饋切削力度,而靠手工進(jìn)給,則能控制合適的進(jìn)給量,一旦感覺切削力過大或者有鉆偏的跡象,馬上退回鉆頭。鉆套與工裝本體配合間隙控制在0.005mm以內(nèi),對(duì)深度較深的小孔加工尤為有效。此種方法可以在車床上加工φ 0.2mm小孔。


  6. 工藝方法


  加工工藝方法為:①中心鉆定位、軸向進(jìn)給分6次完成,最后2次進(jìn)給靠手動(dòng)進(jìn)給。②經(jīng)過3次空進(jìn)給量去毛刺,保證小孔的表面粗糙度要求。


  7. 測(cè)量方法


  在圖2 中, 中心小孔直徑(0.5±0.02)mm和小孔頂部凸臺(tái)形密封面外圓φ 1mm,不能在加工設(shè)備上直接測(cè)量。公司采用的測(cè)量方法是將零件取下后,用帶刻度的小型工具顯微鏡測(cè)量和影像測(cè)量?jī)x測(cè)量相結(jié)合的方式。


  加工的第一件零件先用帶刻度的小型工具顯微鏡測(cè)量,該顯微鏡可放大30倍,通過調(diào)節(jié)刻度線,測(cè)量尺寸φ(0.5±0.02)mm和φ 1mm,記錄實(shí)測(cè)值。然后將該零件深腔去除,即將凸臺(tái)形密封面外圓φ 1mm凸出在外,而非深腔內(nèi),再用影像測(cè)量?jī)x測(cè)量,影像測(cè)量?jī)x放大倍數(shù)在30~200倍范圍內(nèi)可調(diào),也采用30倍測(cè)量,記錄實(shí)測(cè)值, 比較兩者測(cè)量結(jié)果,測(cè)量值滿足公差要求則進(jìn)行批量加工。批量零件采用30倍小型工具顯微鏡100%測(cè)量。


  8. 結(jié)語(yǔ)


  采取上述措施和工藝方法,解決了深腔深孔加工無法保證加工質(zhì)量的難題,有效地保證了小孔精度和公差要求。經(jīng)檢驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)均滿足圖樣要求。