在（zài）實際生產中一（yī）般將不使用輔助排屑措（cuò）施，鑽具一次（cì）走刀就能（néng）鑽進的深度稱作淺孔，否則稱為深孔。一般來說深孔的長徑比L/D≥10。由於孔（kǒng）深和孔徑的限製導致走刀（dāo）和刀具切削情（qíng）況不能直接被觀察，且有排屑不便，切削熱不易散發，鑽杆（鏜杆） 剛性和強度（dù）差，刀具（jù）切削工作條件不良，易產生切削振動及深孔中心（xīn）彎曲和走刀偏斜等缺點（diǎn）。因此深孔加工必須選用合（hé）理的機床及刀（dāo）具（jù），配以（yǐ）一定壓力的流動切削液，適當的工件導向及支撐，合理的切削液壓力及（jí）刀具支撐，並且要（yào）合理製定（dìng）加（jiā）工工藝。

      當前大口徑深孔（kǒng）加（jiā）工所采用的技術為先用（yòng）小直徑深孔（kǒng）鑽鑽（zuàn）孔，然後多次擴孔加工成形，該工藝效率很低，尤其對於大（dà）口徑（jìng）內孔，采用該方（fāng）法時芯部高純度高價值（zhí）的合金材料將完全被加工成切屑，材料利用率很低，而若能采用大口（kǒu）徑套料刀將工件芯部直（zhí）接套出，不僅可以縮短加工時間，而且芯部材料經調質後還可重新利用，如此將極大提高原料利用（yòng）率。

      1 運動及排（pái）屑方式的選擇

      1.1 深孔（kǒng）加工運動方式（shì）

      深孔加工的運動方式（shì）有三種，分別是： （1）工（gōng）件（jiàn）與鑽杆（鏜杆） 分別做相反（fǎn）方向轉動，同時鑽杆（gǎn）進給； （2） 工件轉動（dòng），鑽杆（鏜杆） 做進（jìn）給運動； （3） 工件不動，鑽杆（鏜杆） 轉動及進給。不同的運動方式所加工深孔的直線度及其對基準軸（zhóu）線的走（zǒu）刀精度各不相同。第1 種（zhǒng）方式加工孔的（de）直線（xiàn）性精度最高，走刀偏（piān）斜最小，隻用於硬質合（hé）金刀具（jù）的（de）高速切削，生產效率高，但對鑽杆的要求及機床尾部（bù）的運動機構要求較高；第2 種方式加工出來的孔直線性較（jiào）好，適用於大口徑深孔加工（gōng）；第3種方式加工的出來的孔質量不高，而且切削剛性相對較差。

      常用通孔（kǒng）加工進給方法（fǎ）有： （1） 從工件（jiàn）一端（duān）進給，一次裝卡（kǎ）加工全長； （2） 從工件兩端進給，兩次裝卡，調頭切削或者一次裝卡中間接刀。當工件長徑比大於70 時，從一端進給有可能會導致加工狀況嚴重惡化從而產生很大的偏心，而兩端進給相當於減少一半的長徑比，但在中間接刀位置會（huì）有一定量的錯位（wèi）。

      1.2 深孔加工的排屑

      在深孔加工過程中，要保證連續切削的基（jī）本條件是將切（qiē）屑及時排離切削區，切屑通過切削液的流動及壓力排出（chū）。按照不同（tóng）的切屑及切削（xuē）液回路可分為外排式和內排式。

      1.3 運動及排屑方（fāng）式的選擇

      通過分析本單位實際情況，決定采用外（wài）排屑方式，由機（jī）座主軸帶動工件旋轉、套料杆固定，並在兩（liǎng）端套料的加工（gōng）方（fāng）案（見圖1）。

      2 計算

      本文以某產品坯料為例，具體介（jiè）紹加工參數（shù）的計算方法。

      該工件為覫900 mm×10 000 mm 鍛件圓柱體（tǐ），成品內孔尺寸為覫630 mm×10 000 mm，工件的抗拉強度σb≥515 MPa，屈服強度σs=0.4σb=206 MPa。粗加工（gōng）采用（yòng）外徑覫610 mm，刀寬為（wéi）52.5 mm 的整（zhěng）體式刀頭，刀（dāo）頭與鏜杆以方牙螺紋配合連接。機床主軸電機功率100 kW，轉速1 500 rpm；主軸箱轉速1~63 rpm，最大加工深度20 m；卡盤卡爪最大夾持直徑覫1.5 m，進給電機功率50 kW，進給範圍0.5~250 mm/min；鑽杆外徑覫（pǎng）580 mm，內徑覫540mm。

      2.1 主切削力計算

      主切削力（即切向分力（lì））

      2.5 進（jìn）給功率計（jì）算

      由公式P 進給=Fv 和v=fn 推（tuī）得進給功率

      2.6 切削液流量計算

      根據經驗一般切（qiē）削液的流（liú）速應為切屑流（liú）速的5~8 倍（bèi），切削區切削液的流速一般為8~15 m/s，回（huí）流速度一般為≥5 m/s，由流速、流量（liàng）與積液腔截麵積的關係可（kě）知切削液流量

      Q=VS……………………………………(6)

      式中，V—切削液流速（m/s）；S—橫截麵積（m2）。分別取：V1=10m/s、15m/s，S=0.011 253 76 m2

      可算得

      Q1=10×0.011 253 76=0.113 m3/s

      Q2=15×0.011 253 76=0.169 m3/s

      2.7 油箱容積計算

      根據經驗公式

      V 油箱≥10Q+6×≥管路容積≥……………（7）

      可初步算得

      V1≥95 m3

      V2≥127 m3

      3 現有機（jī）床改進

      經過計算和現場實測發現現有機床在切削和進給（gěi）以及空間尺（chǐ）寸範（fàn）圍內能夠滿足加工要求，但（dàn）是切（qiē）削液箱和泵容量不能滿足要求，因此需要增加切削（xuē）液（yè）箱體容積，並重新布置泵及進油（yóu）管位置（zhì）。同時因沒有現成的鑽杆，所以需要（yào）另外設計鑽杆及其與機床進給箱的連接法蘭。

      3.1 工作（zuò）泵選取

      根據前麵所計算的切削液流量來選取工作泵型式（shì）為三螺杆泵，規格：5300-46，工作壓力：0.5MPa，流量：3 445 l/min，電機型號（hào）：Y2280S-6，電機功率：45 kW。

      當切（qiē）削液流速V=10 m/s 、流量Q1=0.113 m3/s時，采用兩台泵並聯；當切削液流速V=15 m/s、流量Q2=0.169 m3/s 時，采用三台（tái）泵並聯。

      3.2 鑽杆選取

      鑽杆用（yòng）熱拔無縫鋼管製成。確（què）定（dìng）鑽杆為覫600 mm×60 mm、長度約6 m 的無縫鋼管，材（cái）質42 CrMo，調質硬（yìng）度280~320 HB。

      3.3 與機床聯接方式

      套料杆選用無縫鋼管，在無縫鋼管前段焊接刀體，在無縫鋼管後（hòu）端焊接變徑法蘭，通過變徑法蘭與機床法蘭相連，變徑法蘭以（yǐ）鍵定位，螺釘固定（見圖2）。

      3.4 進油（yóu）方式

      方（fāng）式一：在機床滿足切削（xuē）液壓力的（de）情況下，由機床進油管直接（jiē）進油。

      方式二：若機床（chuáng）不能（néng）滿足切削液壓力，在變徑法蘭上（shàng）開螺紋孔，直接泵進油。

      3.5 芯棒固定

      本加工方案是分兩端先後進行套料，一（yī）端套料到指定深度後調頭在另一端（duān）繼續套料，這時須對（duì）先套料的一端的芯棒進行固（gù）定（見圖3）。

      3.6 芯（xīn）棒取出

      由於本方案中套取的芯棒（bàng）直徑和長度比（bǐ）較大，為保證（zhèng）加工過程中的刀具安全，所以需要設計芯（xīn）棒的取料方案。

      （1） 中心環帶厚度計算

      在加工到兩端即將（jiāng）貫通時，為保證刀具的（de）安全退（tuì）出，必須在工件中部留有一段中心環帶，由中心環帶受（shòu）力（lì）（見（jiàn）圖4）。

      （2） 芯棒的取（qǔ）出方案

      由於本方案套料沒有將工件鑽透，因此芯棒的取出須分兩步，第一步（bù）是破壞（huài）中心環帶，第二步是（shì）將芯棒從工件中移出（見圖5）。

      首先需將工件固定，固定方式如圖（tú）所示，然後用鋼（gāng）絲繩聯接起吊螺栓經過滑輪由天車將芯棒（bàng）直接拉出。

      該力（lì）學模型可簡化為圓（yuán）板在中心處受集中載（zǎi）荷作用，外周界麵剛性固定，查（chá）閱機械（xiè）設計（jì）手冊可知徑向應力（lì）公式為：

      已知：圓環外半徑R=0.305 m。

      取中（zhōng）心帶環（huán）厚（hòu）度h=0.01 m，拉力（lì）p=50 000 N時，計算可（kě）得

      σr=1 416.58 MPa。

      因工件的抗拉強度σb 為515 MPa，所以拉應力σr≥σb，即在（zài）拉力為5 t 時，中心帶環可被拉斷。再取中心帶環厚度h=0.01 m，拉（lā）力p=20 000N，計算可得σ=566 MPa。

      則拉應力σr≥σb，即在拉力為2 t 時，中心帶環也可被拉斷。

      根據上述計算，建議將中（zhōng）心（xīn）環帶的厚度保留在5~10 mm 之間，最大（dà）不超過15 mm，在這種情況（kuàng）下，可以用較小的力將（jiāng）芯棒從工件中直接拉出。

      4 工藝對比

      4.1 改進前後加工效率

      （1） 改進後加工效率

      加上一倍輔助換刀時間總計約32 h 即可完（wán）成套料加工（gōng）任務。

      （2） 改進前加工效率

      改進前采用先鑽孔後擴孔的工（gōng）藝方式，先用總共七次走刀加工，每次走（zǒu）刀加輔助用時約為24 h，因此總用時約為180 h。

      可見改進前加工所需時間是改進（jìn）後（hòu）加工所（suǒ）需時間的6 倍。

      4.2 改進前後原料利用率

      （1） 改進前

      坯料原體（tǐ）積V=π×0.452×10=6.37 m3切除材料體積V1=π×0.3052×10=2.92 m3原料利用率

      可見，改進後的原料利用率比原工藝提高了31.4%。

      5 結語

      實際（jì）應用表明該工藝方法不僅能大幅提高大孔徑深孔的加工速度（dù）和原料利用率，生產效率高，能有效（xiào）降低生產成本，而且對同類型工件（jiàn）加（jiā）工具有指導意義，值得推廣普及。