什么叫深孔?

深孔是指孔深与孔径比（bǐ）L/d≥5的孔，是机械加工中的一道难题，尤其是大深径比的深孔加工，难点（diǎn）在于刀具细长，刚（gāng）性差、强度低，易引起（qǐ）刀具偏斜，且（qiě）散热困难（nán），排屑不易，经常产生直径变大、出现锥形或孔偏（piān）斜（xié）等（děng）现象，从而达不到质量要求。

本文介（jiè）绍的航（háng）空（kōng）发（fā）动机某喷嘴（zuǐ）类零件，孔径（jìng）为Ф6mm，孔深为105mm，深（shēn）径比（bǐ）达17：1。超大的深径比更（gèng）增加了此零件的加工难度，为了加工出（chū）合格孔，需制定合理的（de）加工方（fāng）案，选择合适（shì）的加工设备和刀具（jù）。笔者经过试件的（de）试切（qiē）加工，选（xuǎn）择合适的加工参数，确（què）定了合理（lǐ）的（de）加工方法。

一、零件简介

某喷嘴类零件，总长为105mm，杆部内孔（kǒng）为φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表面粗糙度为Ra3.2μm，深径比（bǐ）为17：1，属于深（shēn）孔加工的零件，其材料为难加工（gōng）的（de）GH4169。这类（lèi）高温合金孔加工相对于一般钢材切削加（jiā）工，刀具寿命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高温合（hé）金（jīn）孔加工主（zhǔ）要难点是（shì）：①切削力大，消耗机床（chuáng）功率大;②孔加（jiā）工是半（bàn）封闭的切削（xuē），产生的高切削热和（hé）切屑难以及时排出，远离刀尖，刀具磨损（sǔn）更为剧（jù）烈;③用普通的钻削（xuē）方（fāng）法难以确保高温合金孔（kǒng）的精度要求。④高（gāo）温合金孔加工中，刀（dāo）具磨损比加工普通（tōng）钢（gāng）材快得（dé）多，且（qiě）需（xū）要（yào）切削性（xìng）能更好的刀具材料（liào）。为了解决以上加（jiā）工难点，加工此深孔（kǒng）时，必须选择（zé）合适（shì）的加工设备和（hé）刀具，确保（bǎo）零件的加工精度（dù）。

二、加工工艺（yì）设计和分析

零件深孔（kǒng）加工（gōng）选用常规的钻削方式，需加长（zhǎng）麻花钻，而且（qiě）要断（duàn）屑（xiè）加工，不仅加工精度低、表面粗糙度差,加工效率（lǜ）低、操作（zuò）者劳（láo）动强度大、质量难以确保，而（ér）且很容易引起堵屑或折（shé）断钻头，造成（chéng）更大的加工困难，因此刀（dāo）具选择深孔加工专用刀具。设备的选用考虑到（dào）本公司（sī）产品类型多，深孔加工产品结（jié）构差异大，且生产（chǎn）批量（liàng）较小，不可能购置深（shēn）孔加工专用机床，为（wéi）了更好地确（què）保深（shēn）孔精度要求，结合工（gōng）厂（chǎng）实际，选择（zé）合（hé）适（shì）的（de）加工（gōng）设备来满足深孔加工的技术（shù）要求。

1.刀具的选择

深（shēn）孔（kǒng）加工的（de）刀具有多种，如枪钻（zuàn）、喷吸（xī）钻、套料钻、硬质合金可转位（wèi）深孔钻、内排屑深（shēn）孔钻（zuàn）和亚干（gàn）式深孔加工（gōng）系统等类型。

喷吸钻适用于经（jīng）改装的车床、卧式加工（gōng）中心，易（yì）加工工（gōng）件材料;套料钻、内排屑深孔钻的钻（zuàn）孔直径不适合钻（zuàn）加工Ф6mm的（de）小孔;硬质合金可转位深（shēn）孔钻一般小钻削直径为（wéi）Ф20mm;而亚干式深孔（kǒng）加（jiā）工系统主（zhǔ）要是（shì）利用压缩空气进（jìn）行（háng）排屑和冷（lěng）却，使用雾化切削（xuē）液（yè）进行（háng）润滑，需专用的加（jiā）工设（shè）备，不适合本厂的加工情况（kuàng）。而（ér）枪钻适用（yòng）于（yú）加工Ф2～Ф20mm、长径比L/D>100、表面粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级（jí）的（de）深孔。

经对上述几种深孔加（jiā）工刀具的对比及（jí）本厂的（de）实际情（qíng）况，研究（jiū）决定采用枪钻进行此深孔的（de）加工。枪钻的（de）基本（běn）结构如图2所示。枪钻由硬（yìng）质合金钻尖、钻杆和（hé）刀柄三部分组成（chéng）。枪钻钻尖上开有油孔，以加强（qiáng）钻（zuàn）头冷却（què）润滑和使（shǐ）切屑顺利排出，并选择（zé）韧性和抗振性均较佳的硬质合（hé）金作为基体，表面（miàn）可涂TiC或TiN，以提高钻头的硬度和抗磨损性;钻杆一般选用40Cr无缝（féng）钢管。其原理是高压油由钻杆后部（bù）中（zhōng）孔注入（rù），经腰（yāo）形孔（kǒng）到达切削区后迫使（shǐ）切屑随切削液由V型槽与工件孔壁间空间排出，故称外排屑。此类深孔钻（zuàn）前（qián）角一般为0°，以便制造（zào）。它无横刃，钻尖偏离轴线，钻孔时钻尖前方形成小圆锥，可使（shǐ）切屑在钻（zuàn）尖处断离为两段，使之较易排出。

2.设备

枪钻是用来钻削回转工（gōng）件中心上的（de）孔，加工时，通常是工件旋转，钻头作直（zhí）线进给（gěi），较适用于加工中心及配备高压冷（lěng）却系统（tǒng）的车（chē）床与（yǔ）立式（shì）机床、刀具或（huò）工件（jiàn）旋转场合。综合考虑枪钻加（jiā）工的（de）应用场合及公司现有设备情况（kuàng），在（zài）此零件加（jiā）工时，笔（bǐ）者选择了车铣（xǐ）复合（hé）加工中心，此（cǐ）设备既（jì）可实现零件旋转，又（yòu）配备高（gāo）压内（nèi）冷系统，满足枪钻的应（yīng）用（yòng）场合（hé）。可以进行（háng）钻孔加工。

3.枪钻引（yǐn）导孔加（jiā）工

枪钻属于非平衡（héng）钻头，不平（píng）衡的槽形意味（wèi）着切削力不平衡。为了减（jiǎn）少钻头周边（biān）的（de）径向切削（xuē）力，需要靠（kào）导套或引导孔（kǒng）分（fèn）担。典型的枪钻（zuàn）机床上配（pèi）有枪（qiāng）钻引（yǐn）导套，而本（běn）例所选的车铣加（jiā）工中心（xīn）不（bú）是枪钻专用机床，没（méi）有配备导套，且没有夹（jiá）具，无法（fǎ）设计导（dǎo）套（tào）。因此，笔者考虑（lǜ）用（yòng）钻削引导孔的方（fāng）式来（lái）平衡枪钻切削力。通过大（dà）量实（shí）验数据得出：枪钻（zuàn）引导孔的深（shēn）度（dù）应为1～2倍枪钻直径，直径应比枪钻钻头直（zhí）径大0.004～0.012mm较合适。

4.工艺试验与分析

深孔加工工序草图（tú）如（rú）图3所示，用软三爪装夹（jiá），以定位，夹紧，按车端面→钻导向孔→钻深孔的顺序进行零（líng）件的深（shēn）孔加工。钻导向孔时，以不（bú）同厂家的钻（zuàn）头按不同切削参数进行试验加工（gōng）;钻深孔时，我们选择（zé）了伊（yī）斯卡的（de）枪（qiāng）钻（zuàn），以不同的加（jiā）工方法和不（bú）同的（de）切削（xuē）参数进行了（le）多个孔的（de）钻（zuàn）削试验。

1)引导孔（kǒng）加（jiā）工（gōng）

钻引导孔（kǒng）时，在（zài）满足枪（qiāng）钻（zuàn）引（yǐn）导作用的前提下，笔者（zhě）也兼（jiān）顾了刀具成本问题，分别选择进口的伊斯卡中空内冷合金（jīn）钻（zuàn）头和国产的四平合金钻（zuàn）头进行了试切加工。经过（guò）多个孔（kǒng）的试验加工（gōng），发现进（jìn）口刀具切削参数比国产刀具要高许多，转速可以（yǐ）达（dá）到2500r/min，进（jìn）给率为50mm/min，而且较抗磨损，但（dàn）费（fèi）用（yòng）较高（gāo）;国（guó）产刀（dāo）具的（de）切削参（cān）数偏低（dī），转速为600r/min，进（jìn）给率仅为20mm/min，加工效率远低于进口刀具，费用同样远远低于进口刀具的费用。经试验（yàn），两种刀（dāo）具的（de）加（jiā）工质（zhì）量相似。因为此零（líng）件的（de）批量小且加工件数（shù）少，在满（mǎn）足加工质量的前提下，我们选择了费用较低的四平合金钻头。

2)深孔加工

深孔加工我们（men）采（cǎi）用了两种加工（gōng）方案进（jìn）行试验加（jiā）工：一种是进入导向孔和退出深孔时（shí），均采取小于钻削（xuē）时转数和进给率的（de）方法进行深孔加（jiā）工;另一（yī）种（zhǒng）是以较低转数和进给率反转（zhuǎn）进入导向孔，以零转（zhuǎn）数和G0的（de）速度快（kuài）速退出深孔的加工方法。经过试验（yàn）加工发（fā）现：一（yī）种加工方法加工效率低且（qiě）零件表（biǎo）面质量（liàng）差，而第二种加工方法，加工效率高且（qiě）质量较好（hǎo）。因此，在确保足够冷（lěng）却压力（lì）的情（qíng）况下（xià），选择第二种加工方法（fǎ）进行了刀具寿命试验。试验（yàn）过程中发现（xiàn），1把枪（qiāng）钻加工到（dào）第4件零（líng）件（jiàn）时（shí），加工声音异（yì）常，于是调低进给倍率为90%，继续加工，可顺利完（wán）成（chéng）第4件（jiàn）和第5件的加（jiā）工，但加工到第（dì）6件时（shí），加工（gōng）到孔深78mm时，钻头折（shé）断。经（jīng）过试验，在（zài）调低进给倍率（lǜ）的情况下，1把枪（qiāng）钻加工5件零件，可防止（zhǐ）钻头（tóu）折断（duàn）。

在某些（xiē）加工范围内，枪钻能解决（jué）麻花钻不能（néng）解决的（de）深（shēn）孔和（hé）高精度孔加工问题，可钻出一个直线（xiàn）度高（gāo）、表面粗糙度（dù）好（hǎo）的（de）孔。而且在（zài）固（gù）定所有因素，如（rú）主（zhǔ）轴转（zhuǎn）速（sù）、进给速度和（hé）冷却液压（yā）力后，深孔钻这个（gè）工序便成（chéng）为一个简易的“标准”工序（xù），不（bú）受操作员技术的影响，只要是一个高质量的（de）枪钻便可（kě）在生产过程中提供一（yī）致的表现（xiàn）。它不仅适用于专（zhuān）用（yòng）枪钻机床，同时在高压内（nèi）冷和导向满足（zú）的情况下也适用于车铣复合（hé）加工中心和数（shù）控车床，经济适用性（xìng）强，有一定的推广价值。

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