深孔的镗削加工

胡新华

1.加工方案分析

在深孔的镗削加工中按照进给方式的不同分为推镗法和拉镗法两种。

推镗法按其不同的排屑方式又分外排屑推镗法和内排屑推镗法。

1.1.1.外排屑推镗法

外排屑推镗法的冷却液由油泵输入输油器，通过镗杆外圆与已加工内孔之间的环形空隙流入切削区，可以充分起到镗刀导向块（条）的强制润滑冷却和消振作用，并将切屑通过坯孔冲向镗床床头方向进入集屑箱。

1.1.2.內排屑推镗法

内排屑推镗法的冷却液输入方式和外排屑推镗法相同，而冷却液的回流方式则是强制切屑从镗刀体上的排屑孔通过镗杆内孔向后排到集屑箱。这种排屑方式不仅能起到强制冷却和消振作用，而且迫使全部切屑从镗杆内孔排出，又称BTA镗削法【1】。

推镗法在镗削加工过程中，镗杆始终处于轴向受压的工作状态，易引起镗杆的弯曲及振动，产生孔加工的直线性误差。但由于加工较大孔径时，镗杆外径可达孔径的80～85%，故镗杆刚性一般都能满足要求。此外，推镗法镗刀导向套的装夹也十分方便。

外排屑推镗法由于排屑空间相对大些，对镗刀切削时的断屑要求也较宽，短时间出现一些长切屑不会影响镗削效果，并可以通过改变工艺参数达到断屑效果；内排屑推镗法由于排屑空间极为有限，要求切屑成“C”字形，一旦出现带状长屑将会堵塞排屑孔，损坏镗刀，划伤孔壁。从对密封装置的要求看，外排屑推镗法对切削液压力要求较低，通常由内孔倒角与金属环接触密封即能达到要求；内排屑推镗法是一个（机床-工件内孔-镗杆间）封闭切削液通道，切削液压力高，故工件内孔与机床的密封要求较为严格，一般选用工件内孔与橡胶密封环接触密封。

1.1.3.组合镗刀推镗法

组合镗刀即推镗、精镗、浮镗、滚压组成一体，一次走刀完成镗削。这种方法的优点是工序集中，辅助工时短，但存在刀具结构复杂、笨重，刀具成本高，镗削时切削余量、切削速度和进给量等参数相互制约的缺陷。同时组合镗刀切削力比较大，镗杆刚性差时易振动，这些均直接影响内孔的加工质量，故国内加工深孔时采用此工艺的较少。

1.2.拉镗法

拉镗法镗削的加工过程中，镗杆始终处于轴向拉伸状态下工作，镗削时冷却液从镗杆内孔输入，将切屑从镗杆外表面和毛坯孔的间隙中排出。这种排屑方式易使镗杆外表面被切屑划伤，为扩大其排屑空间，拉镗法镗杆外径一般比推镗法推杆细。为提高生产效率，减少辅助工时，这种加工方法均采用组合刀具加工，即一次走刀完成镗削，优点是工序集中，辅助工时短，内孔加工的直线性好，但同样也存在刀具结构复杂笨重、刀具成本高，各工艺参数相互制约的缺陷。另外，拉镗法还存在刀具装夹比较麻烦的缺陷。

由上对两种镗削加工方法比较所述，深孔加工采用外排屑推镗法相对有利。它具有排屑空间大，端面密封简单可靠，缸筒刀具装夹方便，切削参数不相互干涉，镗削后还有浮镗、滚压加工，废品率较低。

2.加工余量的选择

2.1.毛坯料问题

毛坯料的坯孔不规则，坯孔轴线方向呈波浪形，径向呈不规则多边形，因此在镗削时存在如下问题。

2.1.1.切削余量不断发生变化，断屑困难。

2.1.2.毛坯中的氧化皮硬度较高，刀具磨损大。

2.1.3.孔形弯曲多变，迫使刀具向内壁薄方向偏移，孔的直线性差。

2.2.加工余量

在选择毛坯余量及工步间的余量时主要考虑如下问题：

2.2.1.产品质量，设计上的重量要求。

2.2.2.孔径太小。

2.2.3.在保证切除上道工序残留的缺陷的前提下，尽量减少加工余量。

2.2.4.上道工序加工后各表面相互位置的空间偏差，热处理所产生的变形和尺寸变化。

2.2.5.上道工序表面粗糙度。

例：在选择Φ125缸筒毛坯时，根据以上几个方面及生产经验，毛坯材料选为Φ148*16热轧钢管，各工步间的余量分配见表1。

缸筒类毛坯料弯曲对镗削效果有较大影响，弯曲度大的材料无法镗削，需校直缸筒毛坯，对有热处理要求的缸筒采用两次校直工艺。热处理后再校直一次，将缸筒毛坯料的弯曲控制在0.25mm/m范围内时，镗削效果好。

3.单刃深孔推镗刀

3.1.刀具材料

深孔镗削过程中，刀片不仅要承受切削力，而且还要承受冲击挤压振动等交变载荷，所以要求刀片材料既要有较高的强度，又要有较好的抗冲击性能及耐磨性。经切削对比试验，YW2、YW3牌号的硬质合金，它们均具有良好的切削性能。

3.2.复合导向镗刀

外排屑单刃推镗刀（图1），镗刀体前设有d圆凸台，作为对刀和测量导向块的基准。为增加刀头支承面减少弯曲变形，并便于设计成微调镗刀，镗刀9与内孔轴线的垂直线成20°～25°夹角，镗刀体1上设有两个导向块5，用楔块4夹紧，其作用是，当镗刀脱离导向套后，镗刀依靠切削刃刃带和导向块支承在孔壁上，以后的镗削则依靠这种自导向作用进行镗削。在导向块5后面装有三条导向条3和6，开始镗削时他们与输油器中导向套配合，起导向定心作用。镗刀9采用焊接机夹结构，具有微调机构，镗刀头与镗杆采用矩形方牙螺纹联接。

镗刀头上的导向块（条）结构材料寿命对内孔镗削效果有很大影响，我们根据镗刀的受力分析及导向条的磨损规律设计了一种复合导向条镗刀。图1中导向条6采用夹布胶木材料，组成复合导向条结构，经生产实践有以下几个优点：

3.2.1.导向条的耐磨性比全胶木导向条提高十几倍，同时导向块的耐磨性也得到提高，改善了镗刀走偏现象。

3.2.2.由于导向条尺寸保持性好，摩擦阻力小，导向平稳，镗刀始终具有极高的导向精度。

3.2.3.辅助工时短，加工成本低，生产效率高。

3.3.镗刀的主要几何参数

深孔镗刀的几何参数主要是解决可靠断屑和主偏角的正确选择。主偏角要考虑能合理控制径向分力，既要满足稳定导向的要求，又要减轻导向块的磨损。若切削深度和进给量一定，主偏角加大时，切削厚度也增大，对切屑断屑较为有利。但轴向力也随之增大，镗杆弯曲也会加剧。由于倾斜装刀，故Kn工作=Kn+（20°～25°），故Kn工作= Kn-（20°～25°），见图2。

前角γ0是镗刀的重要几何角度，其大小直接影响切削力及刀具耐用度。此外，前角还要考虑断屑槽形等因素。

后角α0应根据本工序的加工要求，力求减少摩擦，保证镗刀强度，减少冲击。

断屑槽选用直线圆弧形断屑槽，断屑槽与主切削刃成外斜式或平行式。断屑槽宽度Wα为3.5～4.5mm，槽底圆弧曲率半径Rα为（0.4～0.7）Wα，槽深为（0.4～0.5）Rα。

4.工艺参数的选择

为提高生产效率，多选用切削速度高一些，但要兼顾机床的刚性及镗刀耐用度，切削速度太高会加剧工件的振动，损坏刀具。

进给量的大小直接影响内孔的加工质量和生产效率，同时还影响断屑效果。可根据毛坯孔的切削余量和内孔的长径比选取进给量，有时通过改变进给量来达到断屑效果。进给量过小，会降低生产效率，增大刀具磨损。

粗加工的切削深度要根据孔的加工余量以及机床、夹具、刀具系统的刚性来确定，在留够半精加工、精加工余量的前提下，应尽量将粗加工余量一次切掉。但由于毛坯材料变化大，当粗镗切削余量较小时，内孔可能留有没镗的凹面，将引起导向块失去支承面，造成镗偏和镗刀崩刃现象。这种情况下，可以直接进行半精加工，使镗刀避开凹面，同时镗刀尖还可避开硬度较高的氧化皮，提高了刀具耐用度。

表2列出了粗镗、半精镗、浮镗、滚压工步的切削用量，供参考。

5.镗刀的使用

5.1.导向块（条）

导向块的数量和位置角的研究，在国内外已有较多的文献报导，我们是选择两块导向块，其位置角α为80°～85°，α1为180°。导向条选择三条，其位置角α2为10°，导向条之间夹角为120°（参见图1）。导向块前端对切削刃的后移量（L）取3～4mm，以防止导向块参与切削。导向块的宽度和长度确定应以导向块与孔壁间能够形成润滑油膜为原则，导向块（条）材料选用YG8。虽然YG8材料对钢件有亲和性，但由于润滑条件好，材料耐磨性较好，能够满足使用要求。导向块（条）加工时两侧面应修磨成倒角，以利于形成切削油膜。

5.2.导向套

导向套在开始镗削时与导向条配合起导向定心作用。导向套内孔精度取H7，长度取0.8～1D，材料采用合金工具钢淬火处理。

5.3.定位与连接

镗刀头与镗杆一般由两个定位圆和一个端面定位，由三头方牙螺纹联接：定位圆精度取H7，定位端面与定位圆保持垂直，两定位圆同轴度应控制在0.015～0.03mm之间。方牙螺纹应适当车松些，以免螺纹干涉，降低定位精度。

5.4.镗刀安装角

镗刀应避免在垂直平面内安装，以免镗刀及镗杆的自重引起孔径误差及振动。镗刀安装角应以水平面成40°左右较好，这样加工时的振动较小。

5.5.注意事项

镗刀对刀尺寸应比较准确，保证导向块略低或与刀刃回转轨迹重合。若导向块高于刀刃，势必使导向块参与切削或较强地挤压，影响加工质量，甚至损坏刀片。

镗削过程中应尽量避免在加工过程中停车，特别是半精镗工序。镗削中一旦出现异常，如仪表指针剧摆，冒浓烟，剧烈振动等应立即先停止进给，再停止主轴及油泵。半精镗工序中停车产生的内孔划沟，浮镗后有时仍不能完全消除，将造成废品。

参考文献：

[1]金属切削理论与实践（中册） 北京出版社 1985