深孔钻削工艺及应用

撰文：常州兰生公司刀具部　　　　　戴军

 1 ．深孔钻削系统

按照各自的工艺特点．可以将深孔加工系统分为外排屑系统（如枪钻系统）和内排屑系统（如 BTA 系统、喷吸钻系统和 DF 系统）。

 ( 1 ）枪钻系统

深孔加工起源于枪管的加工，因此称为枪钻系统（如图 2.41 所示）

枪钻系统结构简单、使用方便、加工比较准确、孔的直线性较好、成本低廉，所以使用到现在还在不断发展。枪钻钻杆采用压有 V 型槽的无缝钢管，切削加工时，切削液从钻杆内部流到切削区，再把切屑从孔壁与钻杆的 V 型空隙中推出，因此是属于外排屑的深孔加工系统．由于切屑排出空间较大，所以比较容易排出切屑。但是因为刀具系统刚性不足，用 v 型钻杆易产生扭曲和挠曲，不能用大的进给量加工，所以限制了加工效率的提高．同时．随着新材料的不断出现和对深孔加工的规格、精度要求的不断提高，再依靠枪钻解决大尺寸的深孔加工已不能满足要求。

( 2 ) BTA 系统

德国希勒公司在 1942 年研究出了一种新的深孔钻削实用技术，这就是 BTA 深孔加工系统这种加工方法多用于直径 12 - 120 mm 的深孔加工，加工精度可达 IT2 -IT4 ，表面粗糙度Ra ＜3.2um，钻杆是圆形，刚性好，生产效率比枪钻系统提高 5 一10倍 · BTA 系统如图2.42 所示，加工时，切削液由孔壁与钻杆的间隙流至切削区，把切屑从钻杆内部推出 · 当加工小直径深孔时，切削液流动的缝隙变窄，易造成切屑堵塞，因此小于￠12 mm的深孔不宜采用 BTA 系统加工。

( 3 ）喷吸钻系统

1963 年喷吸钻系统诞生于瑞典“ Sandvik 公司，这是一种把人们习惯依靠切削液推出切屑则外屑方式转变为依靠切削液吸出切屑的新方法。喷吸钻系统结构如图 2.43 所示

它巧妙地解决了 BTA 术提高到了一个新的水平系统的高压输油密封装置的制造和密封问题，从而使深孔加工技喷吸钻系统的特点是压力可降低一半，不需要高压密封装置，适用加工￠20-￠65mm 的深孔。 喷吸钻使用双层钻杆，切削时，冷却液的一部分经过内外管之间的环形空隙，通过刀具上的冷却液出口到达切削区，冷却液在切削区的压力几乎与大气压力相同，时，在内管中形成负压区（即低压区）另一部分冷却液通过设在钻杆后方的喷射装置喷向后方，把钻杆前部的切屑和切削液吸出来。

2 深孔钻削刀具

深孔钻削刀具经历了一个从高速钢到硬质合金、从焊接式到机夹式的发展过程．开始，枪钻采用高速钢作为刀具材料进行深孔加工。自从上世纪初硬质合金诞生以来，由于其硬度（特别是高温硬度）、耐磨性、耐热性都优于高速钢，硬质合金很快被用作深孔加工的刀具材料。目前大部分深孔加工刀具采用焊接式或机夹式硬质合金，只有少部分采用高速钢。硬质合金的切削性能比高速钢好的多，刀具耐用度可提高几十倍，或者在同样的耐用度下允许的切削速度可提高几十倍，因此，硬质合金的应用使深孔加工效率、加工质量都得到了很大的提高。

对于焊接式深孔钻削刀具，如果刀刃发生破坏，其修复周期比较长，不利于生产率的提高，另外，刀片经过焊接容易引起硬度下降，产生应力裂纹等缺陷．因此，近年来机夹刀具得到决速发展，在美国机械夹固式刀具占有所有刀具的 90 % ，而瑞典已达到 95 % ，在我国机夹刀具只占有 5 % - 10 % ．国内深孔加工刀具的生产已具有一定的规模，成都机床修配厂生产的焊接式深孔钻头质量已基本过关，并且每年有出口任务，是我国深孔加工刀具的定点单位。目前代表深孔加工刀具水平的是瑞典的 sandvik 公司。

深孔加工中所采用的深孔钻头，主要根据所使用的深孔钻削系统而定，对于较大孔径（ d  ≥ 20 mm ）的深孔，一般都采用 BTA 或 DF 深孔钻削系统， DF 系统中的深孔钻头为内排屑错齿深孔钻头，其切削部分的结构如图 2.45 所示。在钛合金等难加工材料的深孔加工中，针对材料的切削性能特点，在深孔钻头的设计上进行一些改进，其主要特点为：

 ① 在刀齿结构上采用外齿和中心齿在同一锥面上、中间齿高出 H 值的分布形式。其优点是中间齿与中心齿的轴向间距短，中心齿的切削条件有所改善，钻削轻快，刃磨方便，分屑效果明显。因此可以采用较大的进给量，生产效率较高．

② 在刀具及导向块材料上，加工钛合金材料时均选用 YG 类硬质合金（如 YGS ) ，避免采用 YT 类硬质合金，以免与钛合金产生亲和作用，提高刀具的耐磨性。

③ 在刀具的角度上，采用较小的前角（ 0 一 5度) ，以改善刀具的散热条件和增强刀刃的强度对于加工钦合金的钻头为了克服因回弹而造成的摩擦，可适当加大后角。

①     导向块的滞后量适当加大，一般取 2 一 3 mm ，这样可以克服由于献合金材料的回弹和外齿刀尖的磨损而造成导向块超前切削的可能性，减小轴向力。

⑤ 钻头导向块和外缘副切削刃，一般均磨成倒锥，主要是为了减小导向块及外缘副切削刃对已加工孔壁的摩擦和导向块对孔壁的挤压作用，倒锥量一般选取0.005 mm /100 mm ，对于钛合金，考虑到孔壁回弹量较大，应适当加大倒锥量，可取0.08mm / 100mm

 ⑥ 采用内斜式断屑槽，断屑槽底圆弧半径较大，这样有利于断屑.

3 ．保征钻削质童的措施

由于钻杆细而长，刚度低，强度差，加工中往往容易发生孔的轴向倾斜，排屑和冷却困难，稍有不慎将会造成钻头折断。因此，一般可采取相应措施如下：

 ① 采取分段分级依次钻削加工。将深孔钻头分为由小到大的几种长度，依次装卡，依次钻削．同时选择与钻头长度相应的、合理的钻削参数进行加工。

 ② 由于工件孔的周边壁厚差异较大，大量的切削热集中在孔距工件外表面较近的区域由于工件温度偏高区域的一侧，切削阻力下降，导致所钻孔的轴线偏斜，因此，应该着重降低切削热集中区域的温度。采用海绵条吸满冷水覆盖在热量集中的区域进行冷却的办法收到明显效果。

③ 经常退出钻头，进行冷却并清除切屑。采用这种简便易行的深孔加工方法，较好地解决了深孔加工中的刀具、导向、散热和排屑问题，使深孔加工后的尺寸精度和表面粗糙度都有了很大提高，孔的直线度也非常好

 4 · 深孔钻削的特点

深孔钻削是一种比较复杂的工艺过程。钻孔属于半封闭式切削，孔加工的排屑、散热和导向问题，在深孔钻削过程中显得更加尖锐，其主要特点有：

 ① 钻孔时不能直接观察刀具的切削状况，工作过程中只能凭声音、切屑、仪表（油压表及电表等 〕 、振动等外观现象来判断切削过程是否正常。

 ② 孔的深径比大、钻杆细而长、刚性低、易振动、易走偏，因此，支承导向极为重要。 ③ 由于排屑空间受到钻杆的限制，所以排屑比较复杂和困难。必须保证可靠断屑，切屑的长短和形状要加以控制，否则切屑堵塞排屑通道会引起刀具损坏。

 ④ 切削热不易散出，工作条件恶劣，必须采取有效的冷却方式．