复杂深孔的高效加工方法

Christer Richt

(山特维克可乐满)

1 深孔加工(DHM)

深孔加工属于由专用刀具主导的加工领域。许多行业都涉及到深孔加工，但应用最广泛的是能源和航空航天业。起初有些深孔零件特征往往看似无法形成，但使用专家们设计的非标准刀具圆满地解决了加工问题，而且在一定程度上确保能高效而无误地完成加工。

复杂孔的不断出现并要求缩短加工时间，促进了现代深孔加工技术的发展。数十年来，深孔钻削一直都是一种采用硬质合金刀具的高效加工方法，但孔底镗削问题作为瓶颈也不断显现。现在，该加工领域取得的成功通常多是混合使用标准和专用刀具元件，这些元件具有专用深孔加工刀具的经验。如图1是基于T－Max 424.10型钻头的非标刀具。这些刀具配有加长的高精度刀柄，并且具有支撑功能和集成式铰刀，再融合最新的切削刃槽形和刀片材质以及高效的冷却液和切屑控制技术，就能在最高的穿透率和加工安全性下获得所需的高质量结果。

2 深孔钻削

1 mm以下的小直径深孔可采用硬质合金枪钻完成加工;但对于15 mm及以上的孔，一般采用焊接刃钻头;而对于25 mm及以上的孔，则采用机夹可转位刀片钻头才能进行非常高效钻削。现代可转位刀片技术和钻管系统也为深孔加工提供了专用刀具设计的新途径。孔深超过10倍孔径时，一般认为孔很深。孔深达300倍孔径时就需要专门的技术，并采用单管钻或双管钻系统(图2)才能进行钻削。而在漫长地加工至这些孔底部的过程中，需要专门的运动机构、刀具配置及正确的切削刃才能完成孔内、凹槽、螺纹和内腔孔的加工。支撑板技术是另一重要领域，在深孔钻削中重要，现在它作为深孔加工技术的一部分也发展颇快。

3 工艺案例

现在的制造中往往需要完全不同于深孔钻削(后续的单刃镗削工序，通常不得不在其他机床上完成)的深孔加工解决方案。即使在多任务机床上，单一的装夹也需要这种方法。比如，加工几米深的孔，孔径约100 mm，必须一端有螺纹，并且深入到孔中还有较大直径的内腔孔。通常，当钻削完成后，再将工件移至车床上，通过镗削工序将这些特征添加到孔中。现在深孔加工组合了一把刀具执行后续工序的能力，并且不受机床调整限制。这种新刀具技术拓宽了其操作能力，从而能够在更小的有限范围内更高效地加工这些要求苛刻的特征。

采用山特维克可乐满非标解决方案深孔加工技术进行高效特征加工的一个例子是石油勘探零件(图3)。此零件约2.5 m长，具有一些复杂的特征，公差较小。要获得小公差和优良的表面粗糙度，刀具解决方案首先涉及钻削直径90 mm的深孔，并采用浮动铰刀进行精加工。然后到达1.5 m的深度，对直径115 mm的内腔孔进行扩孔和铰削。接着对另一个深入孔中较短的阶梯孔进行扩孔和铰削，并形成倒角完成加工。最后，进行镗削和扩孔形成2个有倒角(也铰削至成品尺寸)的内孔。常规加工时，在机床上完成此工件的时间超过30 h。而配有山特维克可乐满专用刀具的深孔加工解决方案能将时间缩短至7.5 h。

4 山特维克可乐满深孔加工技术

4.1 高效率技术

完全不同于一般操作装夹，采用山特维克可乐满深孔加工技术在较大批量生产中也能获得高生产效率，切削时间缩短80%也不足为奇。这是因为在刀具和刀片设计方面采用了专有技术，最大限度地提高了切削刃的负载安全性。首先是采用了最佳数量的刀片以达到负载平衡和优化切削作用，可允许更高的钻进速度，从而缩短加工时间。在精度方面，小公差是深孔加工的专长，其中70%的孔具有同轴度要求，典型公差0.2 mm，直径公差20 μm。

其次是能够保证正确的切屑形状和大小以及有效的排屑能力，这对于成功的深孔钻削而言至关重要。因此，符合要求的冷却液和切屑管理技术非常重要。可靠的切屑控制是刀片槽形发展不可或缺的一部分，其方向是限制连续切屑的形成和难加工材料的断屑。

4.2 偏心深孔钻削技术

对深孔刀具和应用专有技术要求很高的一个例子是加工发电站发电机轴中非常深的孔。如发电业专家瑞典Generpro公司产品中要90 t的锻钢零件(图4)，其中孔深接近5.5 m，孔直径刚超过100 mm。此深孔必须偏离轴心线一定角度，位置公差在8 mm以内。加工此类工件是不允许出废品的。山特维克可乐满提供的工具解决方案包括一个专用钻头和一个新型支撑板。在该工件上应用之前先进行了钻削测试，结果证实更高效可靠，并且退出位置误差在2.5 mm以内。在许多情况下采用现代孔加工技术表明加工时间大大缩短:从多个小时缩短至不足1 h，并且使很多复杂的特征也具有可加工性。