0 前言

      不鏽鋼閥體類零件中存在著非（fēi）常複雜的孔係，其中的小深孔加工問題是困擾實際（jì）生產的一大難題。小（xiǎo）深孔鑽削問題是一個長期困擾機械（xiè）加工領域的難題，研究人員通過提（tí）高主軸轉速的手段來降低切（qiē）屑厚度，以降低切削力、減少（shǎo）鑽頭折斷概率，並取得了較好的加工效果。但由於加（jiā）工手段（duàn）和（hé）刀具條（tiáo）件的限製，高速鑽削不鏽鋼等難加工材料時，無法（fǎ）解決切削發（fā）熱量大、加工硬化和刀具磨損嚴重等問題，研究人員曾得出了（le）高速鑽削技術不適用於難加工材料小孔加工的結論。隨著（zhe）加工（gōng）手段的豐富和（hé）刀（dāo）具製造技術（shù）的（de）提高，出現了專門用於不鏽鋼小（xiǎo）孔加工的高速內冷鑽頭，為不鏽鋼閥體（tǐ）零（líng）件小深（shēn）孔高速鑽削加工提（tí）供了條件。但由於高速鑽削（xuē）加工的限製條件較多，國內外關於不鏽鋼小深孔高速（sù）鑽削的研究還非常少見。

      本文將在分析（xī）高速鑽削技術加工（gōng）不鏽鋼小深孔難點的基礎上，提出適應於不鏽鋼小深孔高速鑽削的解決方法，並通過鑽削試驗對上述方法（fǎ）進行驗證。

      1 不鏽鋼小深孔高速鑽削的關（guān）鍵技術問題與解決措施（shī）

      不鏽鋼小深孔加工既屬於難加工結構加（jiā）工問題（tí），也屬於難加工材料加工問題（tí）。相對於普通小深孔鑽削， 高速（sù）鑽削加工不鏽鋼小深孔更加困難，主要體現在切削熱問題和排屑問題2 個方麵。

      （1）切削熱問題

      切削過程中，切削功的表（biǎo）現形式為切削熱；其他切削參數相同的情況下，切削速度越高，單位時間消耗的切削功越多，單位時（shí）間發（fā）熱量也越大。單位時間發熱量

      由於材料強度高、切削速度快，不鏽鋼小深孔高速鑽削加工時發熱量極大。由於鑽頭在半封閉的環境下工作，切削熱很難散失。如果不能采（cǎi）取（qǔ）有效（xiào）手段將切削熱排出孔（kǒng）外（wài），孔內會因切削熱積累產生極高的溫度；高溫下鑽頭發生退火，強度和耐（nài）磨性能迅速下降，切削能（néng）力急劇降低；隨著溫度升高，黏結磨損和擴散磨損成為刀具的主要磨損方式，鑽頭使用壽命大（dà）幅降低。

      工程實踐中通常采用切削液來解決切（qiē）削熱問題。對於小直徑深（shēn）孔鑽削加工，很難（nán）從（cóng）外部將切削（xuē）液注入切削區， 隻能使用帶有內冷結構的鑽頭解決。

      假設鑽削過程中切削熱完全、均（jun1）勻地傳遞給切削液，切削區溫度與切削液溫度一致，則切（qiē）削熱（rè）總量

      由式（4）可知，要維持切削區溫升不變，切削液的流（liú）量La需與切削速度vz成正比（bǐ）。若ΔT 為特（tè）定數值時，可以計算得到切削液流量。由於（yú）鑽頭截麵形狀複雜，將（jiāng）鑽頭與（yǔ）孔作為整體考慮，由流體力學知識，要達到所需流量La，切削液的供液壓力

      （2）排屑問（wèn）題

      排屑問題是小直徑深孔鑽削加工中的普遍（biàn）難題（tí）。由於小鑽頭螺旋槽淺、排屑困難，小（xiǎo）深孔鑽削（xuē）加（jiā）工時經常會出現切屑堵塞問題（tí）。高速鑽削時（shí）切（qiē）削速度高，切屑產生速度也隨之增（zēng）加，排屑問題更加突（tū）出；由於不鏽鋼材料強度和韌（rèn）性好，產生的切屑不易折斷，進一步增（zēng）加了排屑（xiè）難度（dù）。大量切屑（xiè）堆積在（zài）孔內很容易卡死（sǐ）鑽頭，造（zào）成（chéng）鑽頭折斷（duàn）。

      要解決小深（shēn）孔高速鑽削的排屑問題，一種途徑是采用步進鑽孔的方法，通過鑽頭反複回退將切屑（xiè）帶出孔外；另一途徑是使用（yòng）大流量（liàng）的切削液將孔內堆積的切屑強行排出（chū）孔（kǒng）外。步進鑽孔（又稱啄式鑽孔）， 是在鑽削過程中通過鑽頭周期性地回退來實現排屑和冷卻鑽頭的一種鑽削方式。大量試驗證明步進鑽削是一種非常有效的小（xiǎo）深孔加（jiā）工手（shǒu）段。但是，由於鑽頭反複回退需要消耗大量時間（jiān），加工效（xiào）率偏（piān）低。使（shǐ）用切削液強行排屑（xiè）的方法與解決切削熱問題的方（fāng）法一致（zhì），可以實現（xiàn）解決方法的統一。切削（xuē）速度為vz時切屑生成速度（切屑流動速度）

      式中ξ———切屑變形係數。

      要使切削液能夠（gòu）強行帶走切（qiē）屑，切削（xuē）液的流速需遠大於切屑生成速度。假定切削液的流速（sù）va需要達到切屑生成速度的n 倍時才能達到強製（zhì）排屑（xiè）的作用。若鑽頭（tóu）兩螺旋（xuán）槽橫截麵（miàn）積和為A，則即強（qiáng）製排屑（xiè）所（suǒ）需切（qiē）削液流量（liàng）也與切削速度成正比。

      綜上所（suǒ）述，要使高速鑽削順利進行，切削液的流量、壓力（lì）必須同時滿足散熱和排屑兩方麵的（de）要求。由於與流量相關的多個參數無（wú）法通過測量或計算方法得（dé）到（dào），下麵（miàn）將（jiāng）通（tōng）過切削試驗，結合機床的實際情況選取。

      2 不鏽鋼（gāng）小深孔高速鑽（zuàn）削試驗

      由於（yú）小深孔鑽削過程中的切削熱無法直接測量， 試（shì）驗中利用鑽頭的磨損來間接表示切削熱情況（kuàng）。

      切（qiē）削試驗在2 台MAZAK VCN510C 型立式加工中心上進行，其中1 台經（jīng）過改造，冷卻泵最大額定（dìng）壓（yā）力提高至15 MPa。

      分別使用普通麻（má）花鑽頭和高速內冷鑽頭在易切削不鏽鋼材料上加工直徑2.5 mm 深80 mm 的（de）孔（kǒng），加工參數如表（biǎo）1 所（suǒ）示。

      使用普通麻花鑽頭加工時， 在高速鑽削條件（jiàn）下，切屑很（hěn）快便將鑽頭卡死造成鑽頭折斷。因此使用外冷卻切削液無法（fǎ）實現高速切削。改用低速加工參數加工時，由於（yú）堵屑嚴重（chóng），加工過程中必須頻繁退刀排屑。加工過程每進給1 mm 需要退刀排屑一次， 每孔加（jiā）工時間約2 min。平均每支鑽頭可加工150 個孔（kǒng）。

      使用高速內冷鑽頭（tóu）在未改造的加工中心上加工時，堵（dǔ）屑問題仍然非常嚴重，加（jiā）工（gōng）過程中仍需頻繁退刀排屑。每孔（kǒng）加工時間幾乎與（yǔ）使用普通麻花鑽時相同。

      使（shǐ）用高速內冷鑽頭在經（jīng）過改造的加工中心上加工時，未出（chū）現（xiàn）堵屑問題，加工可直接鑽通，中途不用退刀。每孔加工時間（jiān）約30 s（包括輔助時間）。平（píng）均每支鑽頭可加工800 個孔。從壓力表示數可（kě）以看出，冷卻泵的輸出壓力始（shǐ）終維持在10 MPa 以上，說明高壓冷卻泵的流量能夠滿足該孔高速鑽削要求（qiú）。

      從上述試驗可以看出， 在使用普通麻（má）花鑽、外冷卻液的條件下，由於切（qiē）削過程中產生的大量切屑無（wú）法排出，很容易卡死鑽頭造成鑽頭折（shé）斷，無法實現高速鑽（zuàn）削。在使用外冷卻方式時，由於切削液無法深入孔內，切削熱很難散失，鑽頭磨損比較（jiào）嚴重；由於（yú）鑽頭容屑空間小、切屑不易折斷等原因，堵屑（xiè）問題也非常嚴重。在低壓內（nèi）冷卻液條件下，堵屑（xiè）問題仍然無法解決，仍（réng）然無法實現高速鑽削。在高壓內冷卻液條件下，堵（dǔ）屑問題得到解決，切削（xuē）液帶（dài）走切屑的同時也將切削熱帶出孔外，切削熱問題也隨（suí）之解決，加工效率顯著提高。

      3 結語