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深孔加工切削热对孔质量影响分析

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摘要:深孔加工的精度、散热、排屑、圆度等都是需要解决的重点问题,因为深孔加工处于半封闭式,大量的热量没法散去,使切削区域温度过高,影响刀具寿命,为了研究深孔加工切削热对孔加工质量的影响,本文采用枪钻刀具为分析对象,加工零件特征为枪管孔。通过理论分析,来研究深孔加工切削热对孔加工质量的影响。

关键词:深孔加工;切削热;轴线偏移;表面划痕

1绪论

枪钻属于外排屑专用深孔加工刀具,v形角为120°,通常我们所用的冷却及排屑方式为高压油冷系统,标准的枪钻可加工孔径为1.5mm到76.2mm的孔,加工孔的深度可达到直径的100倍左右。深孔加工因其切削条件非常恶劣,断屑和排屑困难,在加工过程中产生的切削热没法及时排出,导致刀片受热加速磨损,减短刀具寿命,影响孔的加工质量。因为深孔加工的封闭性,导致只有40%的切削热被切屑带走,大量的切削热都遗留在正在切削的刀具上,刀刃附近的最高温度可达600℃左右。随着加工继续,刀具温度增长迅速,刀具磨损加剧。在加工过程中随着孔加工的不断深入,切削排出的路径也在不断地加长,使排屑更加困难,阻塞加工区域,容易发生刀具卡死现象,严重破坏刀具。另外在深孔加工过程中,钻杆是细长的刚性差,在加工过程中受切削力的影响容易发生振动,会影响深孔加工的直线度。对于深孔加工切削热对孔加工质量的影响,应当使用高压冷却液,其切屑能从被加工孔中直接排出,不需要定期退刀来排屑。深孔加工中正确导向,合理排屑,冷却润滑都是影响孔加工质量的重要问题。

2不同刀具温度对孔表面质量的影响

在深孔加工过程中,枪钻属于典型的单刃外排屑深孔钻,用来加工孔深与直径之比大于100,小直径为2-20mm的小孔,枪钻的切削部分主要采用高速钢或硬质合金材料,工作部分采用无缝钢管压制成型,工作时,工件进行旋转作用,钻头进给,高压切削液从钻杆尾部进入,经过钻杆和切削部分切削液入口,进入切削部分及钻头部分进行冷却降温,润滑钻头,并将切屑从钻杆外部的V型槽经高速高压作用排出。在研究过程中,通过实验得出,刀头切削部分温度越高,对深孔加工表面层纤维的无规则破坏越严重,当刀具温度达到一定程度时,深孔表面质量开始出现划痕,随着温度的增高,划痕程度依次递增,采用划痕因子统计法,对不同刀头温度下所产生的无规则划痕和大面积表层纤维撕裂做出统计分析。当出口温度达到时,深孔表面开始出现划痕,从这个温度开始统计,直到深孔表面划痕达到严重程度位置,这个范围进行统计,划痕因子统计表明在某一个阶段刀头温度对深孔表面的影响属于轻微型,但是超过这个温度,随着温度再次上升,深孔表面纤维破坏更加严重。深孔表面开始出现大面积表层撕裂。当温度继续上升,深孔表面损伤加剧。大量表面纤维破坏的产生证明刀头温度的高低不同,对深孔表面质量的好坏有着严重的影响。

3不同刀具温度对孔加工轴线偏移程度影响

对于深孔加工来说,深孔的轴线偏移量是影响整个孔质量的重要因素,因为钻头温度过高在加工过程中导致磨损加剧而引起的深孔轴线偏移,是提高深孔加工质量重要的研究方向,前期有学者研究枪钻加工过程中由于排屑困难引起钻头温度升高而产生的磨损对于深孔加工轴线偏移的影响。得出结论,由于刀具温度过高引起的磨损使加工过程振动增加,加剧影响整体孔的轴线偏移。在加工过程中切削用量的不同引起的刀具内刃和外刃磨损形式及磨损程度不同,因为刀头的磨损,使得在加工过程中切削力分布不均匀从而导致深孔轴线偏移,第二个影响深孔轴线偏移的因素是钻头刃口的圆弧半径,在加工过程中,当切削深度小于钻头刃口的圆弧半径时,会使加工轴向力增大,在增大的轴向力条件下,会导致深孔轴线发生偏斜,从而影响加工质量。枪钻切削的特点时仅在轴线的一侧有切削刃,没有横刃,在使用时需要重新刃磨内外刃后面,形成外刃余偏角,内刃余偏角,钻尖偏距e=d/4,因枪钻特有的结构形状,内刃切削出的孔底存在锥形凸台,对钻头的导向定心有良好的帮助作用。在钻尖偏距合理的情况下,内刃所产生的背向力及外刃所产生的背向力,两者的合力与孔壁在加工中所产生的支撑反力相平衡,有效的保证钻头的温度工作,减少深孔轴线偏斜发生,保证深孔加工质量。

4切削热对刀具的影响及冷却方式

切削力的来源:在金属切削过程过程中切削热有三个来源:第一是克服被加工材料弹性变形的抗力,第二是克服被加工材料塑性变形的抗力,第三是克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过度表面及已加工表面之间的摩擦力。在切削过程中,被切金属在刀具的作用下,发生的弹性变形和塑性变形而消耗的功,是切削热的一个重要来源,切削与前刀面,工件与后刀面之间的摩擦所产生的热量,都是切削热的来源,整个切削过程中所产生的切削热通常都是由切屑、刀具、工件及周围介质传散。如图1所示:在深孔钻削加工中,切削热的产生和传出系统,形成了温度场,在热量传导的热通量与温度梯度有关系,研究钻头与深孔加工表面接触部分的热通量变化关系,是解决切削热对刀具影响的重要途径,研究热通量具体情况,必须建立温度场的微分数学方程,公式如下:以上公式中,等号左边的内容表示的净热量及内热源,公式右边表示有温度变化引起的能量的增加或减少。通常用的热传导公式的简化形式:第一种:为常数的物理性质在此热传导理论分析的条件下,给出合理的假设值,建立热传导数值的数学模型,在测定切削热产生及传导过程中,求解近似值,为后续分析切削热对刀具的影响做基垫。深孔加工的散热是需要重点解决的问题,在深孔加工时,不能够直接看到孔的加工情况,只能靠听声音,看排屑及观察振动来判断加工刀具磨损情况,随着加工温度越高,刀具磨损越剧烈,必须采用高效的冷却方式来保证孔的加工质量,选择可靠高效的冷却液能对对刀具的耐用度孔的加工质量及加工效率产生很大的影响。在深孔加工中采用高压油冷系统来起冷却,削振,润滑,冲洗的作用。切削液在深孔加工中还起到防止腐蚀保护已经表面的作用,在加工过程中的切削抗力及与孔壁的摩擦力会产生大量的切削热,根据能量守恒定律,这些热量大部分将会通过切削热被切屑带走,有一部分传递给刀具,一部分传递给工件,还有周围介质也占一部分。注入的冷却液在加工时会在导向块和深孔壁之间产生一层油膜,有效的抑制已加工表面的氧化,降低摩擦所产生的热量,从而减轻加工振动及噪音,提高加工质量。

5结论

本文主要从不同刀具温度对孔表面质量的影响,不同刀具温度对孔加工轴线偏移程度影响,切削热对刀具的影响及冷却方式三个方面分析了深孔加工切削热对孔质量的影响,深孔加工的质量控制问题一直是研究的重点方向,通过研究得出深孔钻削深度的增加刀具温度会骤然上升,导致枪钻的内刃、外刃,前刀面及后刀面,刀尖不同程度受到磨损,其中切削刃附近的前刀面和后刀面接触的地方温度最高。刀具温度升高,对刀具寿命对孔加工质量有着不良的影响,找到切削热对深孔加工各方面详细的影响因素,为后期进一步提高深孔加工质量的方法研究有至关重要的作用。

参考文献

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作者:高妮萍 单位:陕西国防工业职业技术学院

科学技术创新杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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