深孔加工切削熱對(duì)孔質(zhì)量影響分析范文

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摘要：深孔加工的精度、散熱、排屑、圓度等都是需要解決的重點(diǎn)問題，因?yàn)樯羁准庸ぬ幱诎敕忾]式，大量的熱量沒法散去，使切削區(qū)域溫度過高，影響刀具壽命，為了研究深孔加工切削熱對(duì)孔加工質(zhì)量的影響，本文采用槍鉆刀具為分析對(duì)象，加工零件特征為槍管孔。通過理論分析，來研究深孔加工切削熱對(duì)孔加工質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：深孔加工；切削熱；軸線偏移；表面劃痕

1緒論

槍鉆屬于外排屑專用深孔加工刀具，v形角為120°，通常我們所用的冷卻及排屑方式為高壓油冷系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的槍鉆可加工孔徑為1.5mm到76.2mm的孔，加工孔的深度可達(dá)到直徑的100倍左右。深孔加工因其切削條件非常惡劣，斷屑和排屑困難，在加工過程中產(chǎn)生的切削熱沒法及時(shí)排出，導(dǎo)致刀片受熱加速磨損，減短刀具壽命，影響孔的加工質(zhì)量。因?yàn)樯羁准庸さ姆忾]性，導(dǎo)致只有40%的切削熱被切屑帶走，大量的切削熱都遺留在正在切削的刀具上，刀刃附近的最高溫度可達(dá)600℃左右。隨著加工繼續(xù)，刀具溫度增長(zhǎng)迅速，刀具磨損加劇。在加工過程中隨著孔加工的不斷深入，切削排出的路徑也在不斷地加長(zhǎng)，使排屑更加困難，阻塞加工區(qū)域，容易發(fā)生刀具卡死現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞刀具。另外在深孔加工過程中，鉆桿是細(xì)長(zhǎng)的剛性差，在加工過程中受切削力的影響容易發(fā)生振動(dòng)，會(huì)影響深孔加工的直線度。對(duì)于深孔加工切削熱對(duì)孔加工質(zhì)量的影響，應(yīng)當(dāng)使用高壓冷卻液，其切屑能從被加工孔中直接排出，不需要定期退刀來排屑。深孔加工中正確導(dǎo)向，合理排屑，冷卻潤(rùn)滑都是影響孔加工質(zhì)量的重要問題。

2不同刀具溫度對(duì)孔表面質(zhì)量的影響

在深孔加工過程中，槍鉆屬于典型的單刃外排屑深孔鉆，用來加工孔深與直徑之比大于100，小直徑為2-20mm的小孔，槍鉆的切削部分主要采用高速鋼或硬質(zhì)合金材料，工作部分采用無縫鋼管壓制成型，工作時(shí)，工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作用，鉆頭進(jìn)給，高壓切削液從鉆桿尾部進(jìn)入，經(jīng)過鉆桿和切削部分切削液入口，進(jìn)入切削部分及鉆頭部分進(jìn)行冷卻降溫，潤(rùn)滑鉆頭，并將切屑從鉆桿外部的V型槽經(jīng)高速高壓作用排出。在研究過程中，通過實(shí)驗(yàn)得出，刀頭切削部分溫度越高，對(duì)深孔加工表面層纖維的無規(guī)則破壞越嚴(yán)重，當(dāng)?shù)毒邷囟冗_(dá)到一定程度時(shí)，深孔表面質(zhì)量開始出現(xiàn)劃痕，隨著溫度的增高，劃痕程度依次遞增，采用劃痕因子統(tǒng)計(jì)法，對(duì)不同刀頭溫度下所產(chǎn)生的無規(guī)則劃痕和大面積表層纖維撕裂做出統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)出口溫度達(dá)到時(shí)，深孔表面開始出現(xiàn)劃痕，從這個(gè)溫度開始統(tǒng)計(jì)，直到深孔表面劃痕達(dá)到嚴(yán)重程度位置，這個(gè)范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，劃痕因子統(tǒng)計(jì)表明在某一個(gè)階段刀頭溫度對(duì)深孔表面的影響屬于輕微型，但是超過這個(gè)溫度，隨著溫度再次上升，深孔表面纖維破壞更加嚴(yán)重。深孔表面開始出現(xiàn)大面積表層撕裂。當(dāng)溫度繼續(xù)上升，深孔表面損傷加劇。大量表面纖維破壞的產(chǎn)生證明刀頭溫度的高低不同，對(duì)深孔表面質(zhì)量的好壞有著嚴(yán)重的影響。

3不同刀具溫度對(duì)孔加工軸線偏移程度影響

對(duì)于深孔加工來說，深孔的軸線偏移量是影響整個(gè)孔質(zhì)量的重要因素，因?yàn)殂@頭溫度過高在加工過程中導(dǎo)致磨損加劇而引起的深孔軸線偏移，是提高深孔加工質(zhì)量重要的研究方向，前期有學(xué)者研究槍鉆加工過程中由于排屑困難引起鉆頭溫度升高而產(chǎn)生的磨損對(duì)于深孔加工軸線偏移的影響。得出結(jié)論，由于刀具溫度過高引起的磨損使加工過程振動(dòng)增加，加劇影響整體孔的軸線偏移。在加工過程中切削用量的不同引起的刀具內(nèi)刃和外刃磨損形式及磨損程度不同，因?yàn)榈额^的磨損，使得在加工過程中切削力分布不均勻從而導(dǎo)致深孔軸線偏移，第二個(gè)影響深孔軸線偏移的因素是鉆頭刃口的圓弧半徑，在加工過程中，當(dāng)切削深度小于鉆頭刃口的圓弧半徑時(shí)，會(huì)使加工軸向力增大，在增大的軸向力條件下，會(huì)導(dǎo)致深孔軸線發(fā)生偏斜，從而影響加工質(zhì)量。槍鉆切削的特點(diǎn)時(shí)僅在軸線的一側(cè)有切削刃，沒有橫刃，在使用時(shí)需要重新刃磨內(nèi)外刃后面，形成外刃余偏角，內(nèi)刃余偏角,鉆尖偏距e=d/4，因槍鉆特有的結(jié)構(gòu)形狀，內(nèi)刃切削出的孔底存在錐形凸臺(tái)，對(duì)鉆頭的導(dǎo)向定心有良好的幫助作用。在鉆尖偏距合理的情況下，內(nèi)刃所產(chǎn)生的背向力及外刃所產(chǎn)生的背向力，兩者的合力與孔壁在加工中所產(chǎn)生的支撐反力相平衡，有效的保證鉆頭的溫度工作，減少深孔軸線偏斜發(fā)生，保證深孔加工質(zhì)量。

4切削熱對(duì)刀具的影響及冷卻方式

切削力的來源：在金屬切削過程過程中切削熱有三個(gè)來源：第一是克服被加工材料彈性變形的抗力，第二是克服被加工材料塑性變形的抗力，第三是克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過度表面及已加工表面之間的摩擦力。在切削過程中，被切金屬在刀具的作用下，發(fā)生的彈性變形和塑性變形而消耗的功，是切削熱的一個(gè)重要來源，切削與前刀面，工件與后刀面之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量，都是切削熱的來源，整個(gè)切削過程中所產(chǎn)生的切削熱通常都是由切屑、刀具、工件及周圍介質(zhì)傳散。如圖1所示：在深孔鉆削加工中，切削熱的產(chǎn)生和傳出系統(tǒng)，形成了溫度場(chǎng)，在熱量傳導(dǎo)的熱通量與溫度梯度有關(guān)系，研究鉆頭與深孔加工表面接觸部分的熱通量變化關(guān)系，是解決切削熱對(duì)刀具影響的重要途徑，研究熱通量具體情況，必須建立溫度場(chǎng)的微分?jǐn)?shù)學(xué)方程，公式如下：以上公式中，等號(hào)左邊的內(nèi)容表示的凈熱量及內(nèi)熱源，公式右邊表示有溫度變化引起的能量的增加或減少。通常用的熱傳導(dǎo)公式的簡(jiǎn)化形式：第一種：為常數(shù)的物理性質(zhì)在此熱傳導(dǎo)理論分析的條件下，給出合理的假設(shè)值，建立熱傳導(dǎo)數(shù)值的數(shù)學(xué)模型，在測(cè)定切削熱產(chǎn)生及傳導(dǎo)過程中，求解近似值，為后續(xù)分析切削熱對(duì)刀具的影響做基墊。深孔加工的散熱是需要重點(diǎn)解決的問題，在深孔加工時(shí)，不能夠直接看到孔的加工情況，只能靠聽聲音，看排屑及觀察振動(dòng)來判斷加工刀具磨損情況，隨著加工溫度越高，刀具磨損越劇烈，必須采用高效的冷卻方式來保證孔的加工質(zhì)量，選擇可靠高效的冷卻液能對(duì)對(duì)刀具的耐用度孔的加工質(zhì)量及加工效率產(chǎn)生很大的影響。在深孔加工中采用高壓油冷系統(tǒng)來起冷卻，削振，潤(rùn)滑，沖洗的作用。切削液在深孔加工中還起到防止腐蝕保護(hù)已經(jīng)表面的作用，在加工過程中的切削抗力及與孔壁的摩擦力會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，根據(jù)能量守恒定律，這些熱量大部分將會(huì)通過切削熱被切屑帶走，有一部分傳遞給刀具，一部分傳遞給工件，還有周圍介質(zhì)也占一部分。注入的冷卻液在加工時(shí)會(huì)在導(dǎo)向塊和深孔壁之間產(chǎn)生一層油膜，有效的抑制已加工表面的氧化，降低摩擦所產(chǎn)生的熱量，從而減輕加工振動(dòng)及噪音，提高加工質(zhì)量。

5結(jié)論

本文主要從不同刀具溫度對(duì)孔表面質(zhì)量的影響，不同刀具溫度對(duì)孔加工軸線偏移程度影響，切削熱對(duì)刀具的影響及冷卻方式三個(gè)方面分析了深孔加工切削熱對(duì)孔質(zhì)量的影響，深孔加工的質(zhì)量控制問題一直是研究的重點(diǎn)方向，通過研究得出深孔鉆削深度的增加刀具溫度會(huì)驟然上升，導(dǎo)致槍鉆的內(nèi)刃、外刃，前刀面及后刀面，刀尖不同程度受到磨損，其中切削刃附近的前刀面和后刀面接觸的地方溫度最高。刀具溫度升高，對(duì)刀具壽命對(duì)孔加工質(zhì)量有著不良的影響，找到切削熱對(duì)深孔加工各方面詳細(xì)的影響因素，為后期進(jìn)一步提高深孔加工質(zhì)量的方法研究有至關(guān)重要的作用。

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作者:高妮萍 單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院