【正文】 30 （ 4）導(dǎo)向塊設(shè)計。 為了盡可能的實現(xiàn)加工工藝的簡化以及刀片的可互換性。 圖 313 φ 70 普通型機夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu) 圖 314 φ 70 普通型刀體結(jié)構(gòu) 由于φ 70 鉆頭有足夠大的空間，選用為每一刀齒安裝獨立的刀齒座的方式。分析發(fā)現(xiàn)，在實際切削中，由于存在一定量的搭接量，實際參與切削的的刃齒寬度并非實際齒寬。 根據(jù)資料 [6]，由公式（ 31）、（ 32）可推出 5 刀齒機夾式內(nèi)排屑多齒深孔鉆的刀齒分布公式如下： )3~1(21 ?????? FFiFCA mm (33) )2~1( ??????? odFFFiCA mm (34) 在式 (33)中，為保證徑向鉆削合力壓向?qū)驂K，圖 312 中左半部分切削刃的總寬度應(yīng)大于右半部分切削刃的總寬度。 參考資料 [6]，由資料 [10]選取導(dǎo)向塊型號為 E909。 如圖 39 所示為副切削刀齒塊。 （ 4）主切削刀齒塊結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (32)式說明，為了實現(xiàn)良好的切削效果，各刀齒之間要保證一定量的搭接量。根據(jù)相關(guān)資料及實驗數(shù)據(jù)，選取斷屑臺寬度 nW 為 ，斷屑臺深度 nH 為 。為防止切削中產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，取副偏角 39。一般情況下外刃刃傾角不需磨出。根據(jù)相關(guān)試驗資料，取外刃余偏角 r? 為 ?18 。目前國內(nèi)僅有自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司和成都工具研究所銷售成系列的焊接式深孔刀片。 因為內(nèi)排屑深孔鉆具有以上的優(yōu)點，故選用內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)為本機夾式深孔鉆結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。 內(nèi)排屑深孔鉆是深孔加工中應(yīng)用最為廣泛的的刀具之一，與外排屑深孔鉆（槍鉆）的工作原理不同點在于：高壓油經(jīng)輸油裝置由鉆桿與孔壁間隙輸入到切削區(qū)，再從鉆桿的內(nèi)孔中同切屑一起排出。 綜合上面理論，切削速度較低的鈦合金鉆削加工應(yīng)選取 YG 類硬質(zhì)合金作為刀齒材料。 然而，在實際工作中廠家推薦用來對鈦合金進行切削的刀具大多含有一定量的Ti。有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工，被稱為通用硬質(zhì)合金。 TiC 的含量分別為 5%、 14%、 15%、30%，相應(yīng)的鈷含量為 10%、 8%、 6%、 4%。這類合金由 WC 和 Co 組成，我國生產(chǎn)的常用牌號有 YG3X、 YG6X、 YG YG8 等。綜合以上因素可以初步選擇硬質(zhì)合金作為鈦合金深孔刀具的切削刃材料。刀具材料抵抗熱沖擊的能力可以用耐熱系數(shù)表示，即 ? ??? ER b )1( ?? (26) 表 23 各種刀具材料的物理學(xué)性能 高速鋼 硬質(zhì)合金 TiC（ N） 基硬質(zhì)合金 陶瓷 聚晶 立方氮化硼 聚晶金剛石 K 系 P 系 32OAl 32OAl TiC 43NSi 密度 / 3/cmg ~ 14~15 10~ 13 ~7 ~ ~ ~ 硬度（ HRA） 84~85 91~93 90~ 92 91~93 ~ ~ 1350~ 1600HV 4500HV 9000HV 抗彎強度 /MPa 2021~ 4000 1500~ 2021 1300~ 1800 1400~ 1800 400~ 750 700~ 900 600~ 900 500~ 800 600~ 1100 抗壓強度 /MPa 2800~ 3800 3500~6000 3000~ 4000 3500~ 5500 3000~ 4000 2500~ 5000 7000~ 8000 斷裂韌度 ICK /（ 21mMPa? ） 18~30 10~15 9~14 ~ ~ ~ 5~7 ~ 彈性模量 /MPa 210 610~ 640 480~ 560 390~ 440 400~ 420 360~ 390 280~ 320 710 1020 導(dǎo)熱系數(shù) /（ )/( KmW ? ） 20~30 80~ 110 25~42 21~71 29 17 20~35 130 210 熱膨脹系數(shù) /( K/106?? ) 5~10 ~ ~ ~ 7 8 ~ 耐熱性 /℃ 600~ 700 800~ 900 900~ 1000 1000~ 1100 1200 1200 1300 1000~ 1300 700~ 800 17 式中 ?—— 導(dǎo)熱系數(shù)； b? —— 抗拉強度； ?—— 泊松比 ； E —— 彈性模量； ?—— 熱脹系數(shù)。一般來說，韌性越高則可以承受的切削力越大。故應(yīng)選擇硬度更高的材料作為切削刃材料。 刀具選擇研究 刀具材料應(yīng)具備的性能 刀具材料在工作過程中，要受到很大的切削力、摩擦力和沖擊力，產(chǎn)生很高的切削溫度。切削鈦合金時，摩擦因數(shù)比一般鋼材 大，造成切屑與刀具接觸界面溫度高。一半金屬切削過程中，變形系數(shù)為 ~4，而切削鈦合金時，變形系數(shù)約為~。 （ 5）熱導(dǎo)率小。 由資料 [7， 379]可知鈦合金具有良好的綜合力學(xué)性能： 13 （ 1）比強度高。我國分別以 TA、 TC、 TB 表示。力平衡方程為： (22) 式中 11 NFf ?? ， 22 NFf ?? ； bM —— 鉆桿對鉆頭支撐力矩； 0d —— 鉆頭直徑； 1? —— 導(dǎo)向塊 1 位置角； 2? —— 導(dǎo)向塊 2 位置角； ? —— 工件與導(dǎo)向塊的摩擦系數(shù)； ?????????????????????????????02200c o sc o ss i ns i n00s i ns i nc o sc o s002012211221122112211bffsffv e rffh orMdFdFMMFFNNFZFFNNFY???????? 11 圖 26 深孔刀具力學(xué)模型 切削力計算 當 0d ， 1? ， 2? 和 ? 為已知時，只要知道切削力 yiF 和 ziF ，由式 (21)可計算出 horF ，verF 和 sM ，再由式 (22)即可計算出 1fF ， 2fF 和 M 。 力學(xué)模型的建立 圖 25 為多齒內(nèi)排屑深孔鉆的受力圖。oP 內(nèi)，副后刀面與副切削平面的夾角。 （ 3）余偏角 r? ：在基平面 rP 內(nèi)，主切削刃與進給方向垂直線之間的夾角。顯然，切削平面垂直于基面。為了實現(xiàn)由鉆桿內(nèi)部將切屑排出，刀體是空心的，切屑由刀體頭部的喇叭口進入，經(jīng)過鉆桿內(nèi)部的空腔排出。 。 ，刀具作旋轉(zhuǎn)進給運動。 深孔加工的分類 深孔加工可分為一般深孔加工（鉆、鏜、鉸等）、精密深孔加工（珩磨、滾壓等）和電深孔加工（電火花、電解等）。一般規(guī)定孔深 L 與孔徑 0d 之比大于 5，即 5/ 0 ?dL 的孔稱為深孔； 5 反之 5/ 0?dL 的孔被稱之為淺孔 [6]。近年來機電裝備的進口增長率和總額逐年均超過出口。近 20 年來，國際學(xué)術(shù)研究沉寂，很少出現(xiàn)有創(chuàng)新意義的成果和論著。后來由瑞典的山特維克公司首先設(shè)計出了可轉(zhuǎn) 位深孔鉆及分屑多刃錯齒深孔鉆（圖 13）。隨著時代的發(fā)展，人們對深孔工件的精度有了越來越高的要求。機械式裝夾方式作為一種經(jīng)濟有效的方案，可以很好地解決焊接式深孔刀具的弊端，實現(xiàn)深孔加工的產(chǎn)業(yè)化、經(jīng)濟化。焊接式刀具采用焊接方式將刀塊與刀體相連接在一起，在焊接過程中，刀塊受焊接溫度的影響硬度將會有所降低，影響切削效率和耐磨性。與此同時，我國與世界經(jīng)濟接軌又促成了大批新制造行業(yè)的誕生。而要成為制造強國，首先則必須具有強大的技術(shù)開發(fā)能力，擁有大批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的重要產(chǎn)品和擁有國際領(lǐng)先的制造技術(shù)。 本文介紹分析了目前國內(nèi)外深孔刀具現(xiàn)狀，指出了焊接式深孔鉆的缺點。 機夾式深孔刀具設(shè)計 摘 要： 深孔加工作為二戰(zhàn)以后發(fā)展起來的一種新型加工工藝，在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越巨大的作用。 針對焊接式深孔鉆的缺點提出了機夾式深孔鉆結(jié)構(gòu)。 深 孔加工作為二戰(zhàn)以后發(fā)展起來的一種新型加工工藝，在國名經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越巨大的作用。 2021 年在我國統(tǒng)計的 29 個制造行業(yè)中，至少有一半對深孔加工技術(shù)和裝備有直接需求， 1/3 以上有迫切需求。另外，焊接式深孔刀具由于采用了焊接式鏈接，刀體為一次性使用，大大增加了制造時間和材料損耗經(jīng)濟性較差。 國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 深孔鉆削技術(shù)的發(fā)展 人類對深孔加工技術(shù)的需求，至少可以追溯到 14 世紀歐洲滑膛槍的問世，遠比第一次工業(yè)革命后現(xiàn)代機械技術(shù)的發(fā)展要早很多。深孔加工工藝的革新問題顯得迫在眉睫。 BTA 法存在著切削壓力高，密封困難等缺點，為克服這些不足， 1963 年山特維克公司發(fā)明了噴吸鉆法。此外，國際深孔加工裝備處于壟斷狀態(tài)，裝備產(chǎn)品的進口價格居高不下。截止 2021 年，據(jù)統(tǒng)計深孔鉆加工裝備的 90%都是進口產(chǎn)品。 在機械加工中淺孔一般采用麻花鉆加工。一般深孔加工又可按多種方式分類。 ，刀具做反向旋轉(zhuǎn)進給運動。一般切削過程中 80%的切削熱被切屑帶走，而深孔鉆削只有40%，刀具占切削熱的比例較大，擴散遲、易過熱，刃口切削溫度可達 600℃必須用強制有效的冷卻方式。導(dǎo)體尾部螺紋用于與鉆桿相連接，保證了連接的緊密型和拆卸的方便性。 圖 22 深孔鉆標注角度的參考平面 43215 8 由于刀具結(jié)構(gòu)不同，根據(jù)加工、檢驗和計算等方面的要求，各種刀具角度的測量平面不盡相同。深孔鉆主要切削刃由外刃和內(nèi)刃組成，為了刃磨測量方便，習(xí)慣上不標主偏角而標注余偏角。 （ 2）副偏角 39。對于單刃內(nèi)排屑深孔鉆、槍鉆、深孔鏜刀等，均可看作是多齒內(nèi)排屑深孔鉆的一個特例。 （指數(shù)公式）：切削力的經(jīng)驗公式是通過大量實驗，用測儀測得切削力值并將數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)方法處理后得出的計算式。 α鈦合金 它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。常用α +β鈦合金的強度 GPab ~?? ，密度 3/ cmg?? ，比強度 27~23/ ???b ；而合金鋼的 GP ab ~?? ，密度 3/ cmg?? ，比強度20~16/ ???b 。鈦的熱導(dǎo)率 λ 約為鎳的 1/鐵的 1/鋁的 1/16。 因此，切削鈦合金時，切屑與前刀面的接觸長度很小，切屑呈擠裂節(jié)狀，擠裂切屑背面出現(xiàn)深而寬的裂紋；鈦合金切屑與前刀面接觸溫度很高，使前刀面對切屑底層的擠壓與摩擦減??；切削區(qū)的高溫引起 α Ti 和 β Ti 的變化、轉(zhuǎn)化，使切屑組織發(fā)生變化；高溫下，鈦合金吸收大氣中的氫、氧、氮等元素，因此氫、氧、氮等氣體飽和了的并且大多是初生 α相組織的切屑失去塑性，不出現(xiàn)一般的收縮。另外，鈦合金的導(dǎo)熱率小，散熱條件差，也造成切削溫度高的重要原因。刀具在這種高溫、高壓和劇烈摩擦環(huán)境下工作，采用不適當?shù)牟牧蠒沟毒哐杆倌p或破損。硬質(zhì)合金刀具硬度為 89~93HRC[8]，符合所需要求。 (3)高的耐熱性 耐熱性是衡量刀具材料切削性的主要標志，通常用高溫下保持高硬度、耐磨性、強度和韌性的性能來衡量，也成熱硬性。 導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量越容易被傳導(dǎo)出去，從而降低道具表面的溫度梯度；熱脹系數(shù)小，可以減小熱變形；彈性模量小，可以降低因熱膨脹而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度。 硬質(zhì)合金刀具簡介 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（如 TiC、 WC、 TaC、 NbC 等）和金屬粘 結(jié)劑（如Co、 Ni 等）經(jīng)粉末冶金方法制成。數(shù)字表示 Co 的百分含量， X 表示細晶粒。 此類合金有較高的硬度和耐熱度。此類合金如果適當增加含鈷量，強度可以很高，能承 受機械振動和由于溫度周期變化而引起的熱沖擊，可用于斷續(xù)切削。通過研究表明，在比較低的切削速度下，含鈦刀具很容易粘結(jié)，切削效果差。選取 YG8 為切削刃材料。因此，內(nèi)排屑深孔鉆有以下特點： （ 1）由于切屑是由鉆桿內(nèi)部排出，切屑不會劃傷已加工表面，已加工表面質(zhì)量好，排屑順暢。 1外刃刀塊； 2內(nèi)刃刀塊； 3導(dǎo)向塊； 4刀體； 5緊固螺釘 圖 31 機夾小刀快式內(nèi)排屑深孔鉆 21 1外齒； 2中心齒； 3內(nèi)齒； 4導(dǎo)向塊 圖 32 杠桿壓緊式深孔鉆 內(nèi)排屑深孔鉆可分為單齒內(nèi)排屑和多齒內(nèi)排屑兩類。 綜合以上資料，選擇采用機夾小刀塊式內(nèi)排屑多齒深孔鉆削結(jié)構(gòu)。為了保證徑向力始終壓向?qū)驂K一邊，同時為了避免刃磨時碰傷中間齒，內(nèi)刃余偏角通常要取大一些。但由于中心齒不易磨出斷屑臺，致使內(nèi)刃高于中心，對切削不利，因而內(nèi)刃應(yīng)磨出一定一定刃傾角，取 ?? 為 ?5 。1rk 為 ?15 。因為鈦合金屬于難斷屑材料，故選取斷屑