微小深孔数控高速钻削加工工艺

徐向阳 杨芳红 李铁民

(西安电子工程研究所 西安 710100)

微小深孔数控高速钻削加工工艺

徐向阳 杨芳红 李铁民

(西安电子工程研究所 西安 710100)

通过选用合适刀具、设备，摸索出最优机械钻孔工艺参数，提出了微小深孔数控高速钻削加工的新技术，解决了φ0.3深15mm的微小深孔加工难题。

微小深孔 钻削加工

0 概述

孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类.一般规定孔深与孔径之比大于5的孔称为深孔。微小深孔通常指直径小于2mm的深孔[1]。

某毫米波器件材料为H62铜合金，需要加工直径φ0.3mm深15mm的微小深孔，要求孔偏差小于0.1mm，采用普通机械钻孔、激光打孔、电火花小孔机打孔等方法都没成功，成为了该类零件制造的加工瓶颈。

1 国内外现状

加工微小孔的工艺方法有很多，如激光束、电子束、离子束和电火花加工等[2]，以及在国内外应用最广泛、实用性最强的麻花钻机械钻孔。但是对于φ0.3mm深15mm的微小深孔，这些方法都难以实现。

对铜质母材来讲，由于其高的反射特性，采用激光等高能束方法效果不好，需要较高功率，在加工表面常会有一层再铸层或热影响产物，孔越深难度越大，孔尺寸误差越大。电火花小孔机加工所用电极为铜电极，加工铜质材料电极损耗大，不能完成深孔加工。机械钻孔加工微小孔也存在局限性，使用钻床或数控机床加工φ0.5左右孔深度不超过3mm～4mm，孔过深将会出现孔加工偏或钻头断裂的情况，导致零件报废。各种加工方法加工范围见表1所示：

2 工艺技术攻关

选用材料为H62铜合金的母材作为研究对象，铜块厚度15mm，要求加工φ0.3mm的通孔。根据零件材质和结构因素，确定采用机械钻孔方案，设备选用 TC-S2Z高速钻攻中心。主要从刀具选择、刀柄和夹具优化、工艺参数设计等几方面开展工艺研究，实现深小孔的加工。

2.1 刀具选择

对微小深孔的加工，普通材质钻头易断且有效刃长不够，为此特别定制了带涂层的硬质合金高强度通径钻头，直径φ0.4mm，刃长20mm，全长45mm，如图1所示。

表1 孔的各种加工方法对比表

序号加工方法加工范围直径径深比适应性1机械钻孔φ0.51∶8各种材料2激光打孔φ0.011∶15超硬、绝缘3电火花小孔机φ0.031∶30黑色金属4高速钻削加工φ0.41∶20有色金属

2.2 刀柄、夹套

采用普通钻夹头进行深孔加工，由于夹持精度不够，钻头摆动较大，钻头常常发生断裂。为保证夹持精度，采用了进口小型钻头专用刀柄和钻夹头，钻头稳定性大大提高，如图2所示。

2.3 工艺参数

对微小孔加工进行切削试验，在3000r/min，6000r/min，9000r/min的不同主轴转速下考察进给速度对钻削轴向力和扭矩的影响。进给速度为20～100mm/min。随着进给速度增加，轴向力和扭矩逐渐减小；进给速度为36mm/min 时，轴向力和扭矩最小；之后，随着进给速度增加，轴向力和扭矩又开始逐渐增大。在主轴转速9000r/min，进给速度为36mm/min 条件下钻孔，轴向力和扭矩最小。深小孔加工时钻屑难以排除，进刀到一定深度后极易造成刀具断裂，必须及时抬刀，将钻屑排除后再进行钻削。对每次进刀深度在0.2mm、0.1mm、0.05mm、0.02mm进行试验，结果表明进刀深度为0.05mm时钻头不易断裂且加工效率最优。

通过对机械钻孔工艺参数试验研究，选用合适刀具、设备，实现了φ0.3mm的微小深孔高速钻削加工，径深比达到1∶50，该技术在行业内处于领先水平。图3所示为TC-S2Z高速钻攻中心钻削深小孔加工情况。

3 结论

微小深孔数控高速钻削加工技术使用高速钻攻中心机床，选用硬质合金加长钻头，采用合理的主轴转速、进给速度和加工路径，实现了φ0.3mm深15mm的微小深孔钻削加工，解决了径深比较大的有色金属零件小孔加工难题。

[1] 王世清，深孔加工技术[M]. 西北工业大学出版社，2003.10.

[2] 何英，朱红钢，韩野. 航空发动机小孔特种加工技术[J]. 航空制造技术.2011,4.

[3] 王峻，现代深孔加工技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.

[4] 程军，焦锋.微小孔钻削工艺的现状研究[J].机械工程师.2007，(11)：9-11.

[5] 唐英，陈泽，吴权.铝合金高速微小孔钻削工艺[J].航空制造技术.2011,5.

[6] 刘晋春.特种加工[M].北京：机械工业出版社，2000.

Digitally-ControlledHigh-SpeedDrillingofDeepTinyHole

Xu Xiangyang, Yang Fanghong, Li Tiemin

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100)

Through selecting proper drilling tools and equipment, and by using optimum mechanical drilling parameters, a new technology for digitally-controlled high-speed drilling of deep tiny holes is put forward, difficulty of machining deep tiny hole with φ0.3 and depth of 15mm is overcame.

deep tiny hole; drilling

2016-03-22

徐向阳(1977-),男，高级工程师。主要从事雷达微波器件精密加工和装配工艺研究和工艺设计工作。

TN705

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1008-8652(2017)03-079-02