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深孔钻削加工的利器(深孔枪钻)

作者:腾达会 日期:2020-10-28 06:58

  枪钻是一种精密深孔加工刀具,可用于在各种工件材料上钻削加工非常深的孔。枪钻具有不同于传统麻花钻的独特刀头形状(图1)和贯穿刀具全长的排屑槽。用枪钻加工时,冷却液通过刀具内部的通道被引入切削区,并通过排屑槽将切屑带出孔外(图2)。此外,刀头上的钻套(也称为“导套”)在钻削时对孔壁具有挤光作用,因此可获得直径和圆度精度极高的孔。这种“内冷却,外排屑”的结构特点使枪钻与其他深孔钻削刀具截然不同。

  枪钻最早是为满足加工枪管的需要而研制出来的。在该工艺问世之前,枪管是用缠绕和焊接在一根芯棒上的金属条来加工的。这样生产出来的枪管无论是直线度还是强度,都无法与现代枪械相比。最终,钻削工艺被应用于在整体金属材料上加工枪管。不过,早先使用的麻花钻需要多次走刀加工,因此孔的圆度和直线度精度都不高。

  用枪钻加工成功解决了孔的圆度和直线度问题。随着这种钻削工艺的不断改进以及枪钻专用加工设备的开发,该工艺被证明在枪械和兵器行业以外的许多其他行业也可以大显身手。枪钻加工小直径精密深孔的能力使其被广泛应用于能源、汽车、航空、模具等行业。随着加工技术的不断发展,其应用范围还在不断拓展。

  现代枪钻的结构型式可分为整体硬质合金式、焊接式和可转位刀片式,加工时不需要使用额外的钻管。刀具的非切削端有一个供枪钻加工机床使用的标准尺寸驱动柄(图3)。

  枪钻通常通过一个圆形孔来输送冷却液,但有时为了增大冷却液流量,也可以采用多个冷却液孔或肾形孔。排屑槽设计为V形槽,从而使冷却液能高效、干净地将切屑冲出孔外,因此枪钻也被称为单槽钻头。

  枪钻具有特定的几何形状,其刃形设计使其能获得最佳的切削能力、加工精度以及成屑和排屑效率。刀具廓形参数包括磨制的外周和钻尖几何形状、冷却液孔形状、刀头长度、钻套形状及位置。

  加工车间主要根据工件材料和精度要求来选择枪钻。许多标准的枪钻几何形状已通过大量试验,确定了其最佳尺寸参数。当然,车间也可以根据自己的需要定制枪钻。

  当所需孔的直径小于50-75mm,深径比(D/d)超过20:1时,最适合采用枪钻加工。枪钻在深径比高达400:1的情况下仍能保持很高的加工精度。该工艺可采用3种加工方式:①刀具旋转,工件固定;②工件旋转,刀具固定;③刀具与工件相互反转。后一种方式特别适合精度要求较高的深孔加工,可以达到0.08mm/m的直线μm的表面粗糙度。对于直径较大的孔,可以先用其他深孔钻削刀具进行钻孔,然后通过二次加工(如铰孔)进一步提高孔的圆度、直线度和表面光洁度。

  与其他钻削加工方法相比,枪钻具有一些性能优势,能够降低生产成本和缩短加工时间。如前所述,枪钻能通过一次进刀加工出精密深孔。枪钻的钻套对孔壁具有挤光作用,也有助于提高孔壁表面光洁度,因此往往可以省略二次精加工。

  当对深孔的圆度或直线度公差要求严格,或工件材料硬度较高时,枪钻加工也是首选的加工方式,因为枪钻能够达到麻花钻难以企及的加工精度。此外,枪钻的刀头磨损后可以重磨修复,从而可以大大延长刀具的使用寿命。

  对于需要加工长径比极大的深孔的加工车间,无论是偶一为之的单件加工,还是生产性批量加工,都可以从枪钻工艺中获益。加工效率的提高和误差率的下降可以增加车间的长期价值,并利用该工艺提高自己的加工能力。

  枪钻工艺的应用可以采用两种方式:①对现有机床进行枪钻深孔加工改造;②采用深孔钻削专用机床。改装的枪钻加工机床最大只能加工深径比为10:1的孔,且通常只适合加工普通工件材料。如果用这种机床钻削更深的孔或硬度更高的工件材料,则加工精度可能会大打折扣。

  如果需要加工更深的孔和硬度更高的工件材料,采用具有枪钻功能的深孔钻削机床更为适合。此类机床的结构设计可以减小钻头漂移和提高其直线度,降低整个刀具产生振动的可能性,确保钻入和钻出孔口处的光洁度和尺寸精度。冷却液系统的设计大大提高了机床的钻削效率和排屑性能。此外,枪钻加工机床还具有工艺集成和加工监测的优势,使操作者可以实现高效钻孔,并对整个钻削过程进行严密监控。

  如图4所示,用枪钻加工时,钻套与工件的端面接触,可起到钻入点定心和表面密封的作用。钻套后面是一个容屑盒,用于容纳向外排出的切屑和冷却液,并将其排入收集箱中,以便回收处理和循环使用。为了在钻削深孔时保持精度和容纳冷却液,在钻出点设计有贯通密封装置。先进的深孔钻削机床可确保所有这些元器件共同发挥作用,以最小的切削力加工出精度最高的深孔。在设计深孔钻削机床时,还必须考虑钻孔尺寸、工件材料和选用的钻头。

  对于直径小于75mm、深径比超过20:1的深孔,用枪钻加工不失为一种正确的选择。不过,对于直径大于75mm的超深孔,也可以采用其他一些钻削方法进行加工。

  与枪钻加工不同,其他深孔钻削方法通常是从外部引入冷却液,使其在钻削头周围流动,然后通过刀具连接钻管,从刀具内部排出切屑和冷却液。对于大直径深孔而言,用BTA套料钻加工是一种常用而有效的选择。其他一些工艺方法(如刮孔、滚子挤孔、瓶形镗孔和拉孔)也可以类似的方式实现深孔的精密加工。


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