【文章內(nèi)容簡介】 刀具做反向旋轉(zhuǎn)進給運動。 ，刀具不動。（此方法很少采用） 按排屑方式分為：內(nèi)排屑、外排屑兩種方式。外排屑又分為前排屑、后排屑兩種方式。按加工系統(tǒng)冷卻分類分為槍鉆系統(tǒng)、 BTA 系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)、 DF 系統(tǒng)。 深孔加工的特點 深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進行的，故其具有以下特點： 。目前只能憑經(jīng)驗，通過聽聲音、看切屑、觀察機床負荷及壓力表、觸摸振動等外觀現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。 。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。 。由于孔深，切屑經(jīng)過的路線長，容易發(fā)生阻塞，造成鉆頭崩刃。因此，切屑的長短和形狀要加以控制，并要進 行強制性排屑。 。因受孔徑尺寸限制，孔的長徑比較大，鉆桿細而長，剛性差，易產(chǎn)生振動，鉆孔易走偏，因而支撐導(dǎo)向極為重要。 7 2 鈦合金深孔鉆削技術(shù)研究 深孔鉆的結(jié)構(gòu)及切削角度 深孔鉆的結(jié)構(gòu) 深孔鉆具有多種結(jié)構(gòu)，圖 21 所示為焊接式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)，由刀齒、導(dǎo)向塊和刀體三大部分組成。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。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。刀齒由中心齒、中 間齒和外齒共同組成。外齒除了起切削作用外，還與兩導(dǎo)向塊共同作用，起到導(dǎo)向扶正作用。 1外齒； 2中心齒； 3中間齒； 4導(dǎo)向塊； 5刀體 圖 21 焊接式內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu) 深孔鉆標(biāo)注角度參考系 深孔鉆標(biāo)注角度的參考系建立的條件與普通刀具相同，即假定運動條件和假定安裝條件。 為了合理標(biāo)注切削角度，需要選擇合適的參考平面，根據(jù)切削原理的定義，深孔鉆參考平面如圖 22 所示。 基面 rP :通過切削刃上選定點，與該點主動運動方向垂直的平面。 切削平面 sP ：通過切削刃上選定點，與切削刃相切且垂直于基面 rP 的平面。顯然，切削平面垂直于基面。 圖 22 深孔鉆標(biāo)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。深孔鉆常用測量平面為正交平面和法平面。 正交平面 oP ：它是通過切削刃上選定點，垂直于切削平面 sP 與基面 rP 的平面。 正交平面 oP 與基面 rP 、切削平面 sP 構(gòu)成正交的空間角度標(biāo)注參考系 oP — rP — sP ，即sro PPP ?? ，稱為正交平面參考系（圖 23） 圖 23 深孔鉆標(biāo)注角度的參考系 深孔鉆的標(biāo)注角度 深孔鉆屬于多刃刀具，主切削刃通常刃磨略低于鉆心，切削刃上各點的基面是變化的，若按上述標(biāo)注角度參考嚴格標(biāo)注就比較繁瑣。由于主切削刃低于鉆心不多（ ），通常忽略不計，按照我國刀具角度標(biāo)注習(xí)慣，采用正交平面參考系進行標(biāo)注（圖 24）。 （ 1）前腳 o? ：在選定點的正交平面 oP 內(nèi)，前刀面與基面的夾角。 （ 2）后角 o? ：在選定點的正交平面 oP 內(nèi)，后刀面與切削平面的夾角。 （ 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。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(biāo)主偏角而標(biāo)注余偏角。外刃和內(nèi)刃對應(yīng)的余偏角分別為 r? 和 ??r ，俗稱為外角和內(nèi)角。 （ 4）刃傾角 s? ：在切削平面 sP 內(nèi)，主切削刃與基面之間的夾角。出于切削性能的要求，深孔鉆主切削刃的外刃和內(nèi)刃前刀面不共面，外刃基本上是通過鉆心的，刃傾角 s? =0176。；而內(nèi)刃刃傾角 ?0?s? ，為了簡化標(biāo)注，通常標(biāo)注端面刃傾角 ?? 。 （ 1）副刃后角 39。o? ： 在選定點的副正交平面 39。oP 內(nèi)，副后刀面與副切削平面的夾角。 （ 2）副偏角 39。rk ：在基面 rP 內(nèi)，副切削刃與鉆頭進給方向的夾角。 9 圖 24 深孔鉆標(biāo)注角度 深孔刀具的受力分析 深孔鉆雖然具有繁多的種類，但是其切削原理是相同的。尤其是機夾式深孔鉆同焊接式深孔鉆在結(jié)構(gòu)上具有很高的相似度。即導(dǎo)向塊、切屑分離，兩個導(dǎo)向塊與副切削刃在圓周三點布置。切削時，徑向切削力和主切削力將導(dǎo)向塊壓向 孔壁，副切削刃和導(dǎo)向塊還受到工件孔壁的摩擦力矩。所以，機夾式內(nèi)排屑深孔刀具的受力情況簡化后可以用如下力學(xué)模型表示。 力學(xué)模型的建立 圖 25 為多齒內(nèi)排屑深孔鉆的受力圖。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。深孔刀具所受力可分為三大類： ：深孔刀具所受切削力可分解為相互垂直的切向分力 ziF ，徑向分力 yiF 和軸向分力 xiF 。 ：導(dǎo)向塊相對孔壁轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的摩擦力 1fF 和 2fF ；導(dǎo)向塊沿軸向移動時與孔壁之間產(chǎn)生的軸向摩擦力 1fxF 和 2fxF ；同樣，副切削刃與孔壁之間的摩擦力為 3fF和 3fxF 。 10 ：導(dǎo)向塊和副切削刃與孔壁之間的擠壓力為 1N ，2N 和 3N 。 此外，還有切削力壓力等。 為了便于分析計算，將深孔刀具所受切削力向鉆心 O 點簡化，得 yz平面切削力的力學(xué)模型（圖 26（ a）），簡化后，切削力合力及其合力矩為 ?? yihor FF ?? ziver FF （ 21） ?? )( zios FmM 式中 horF —— 水平方向（ y 方 向）切削合力； verF —— 垂直方向（ z 方向）切削合力； sM —— 切向分力 ziF 對 O 點合力矩。 圖 25 多齒內(nèi)排屑深孔鉆受力圖 考慮到深孔刀具在力平衡狀態(tài)時的情況，并忽略 3N 和 3fF ，則可得到深孔刀具在 yz 平面受力的 理學(xué)模型，如圖 26(b)所示。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(dāng) 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 。 （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。這些公式在金屬切削中得到廣泛的應(yīng)用，常見形式為 (23) 式中 FzC ， FyC 和 FxC —— 決定于工件材料和切削條件 FzX ， FzY ， Fzn ， FyX ， FyY ， Fyn ， FxX ， FxY ， Fxn —— 分別為 3 個分力公式中背吃刀量 pa ，進給量 f 和切削速度 v 的指數(shù)； FzK ， FyK ， FxK —— 分別為 3 個分力公式中，當(dāng)實 際加工條件與所求得經(jīng)驗公式的條件不符時，各種因素對切削力的修正值之積。 由于深孔鉆削實驗數(shù)據(jù)較少，以上參數(shù)一般參考車削加工參數(shù)選取。 3 個切削分力和切削功率。單位切削力 )/( 2mmNp 是指單位切削面積上的切向分力，即 (24) ??????????FxnYXpFxxFynYXpFyyFznYXpFzzKvfaCFKvfaCFKvfaCFFxFxFxFyFyFyFzFzFzwczpzcz aaFfaFAFp ??? 12 上式中 zF —— 切向分力，單位為 N； cA —— 切削面積，單位為 2mm ； pa —— 背吃刀量，單位為 mm ； f —— 進給量，單位為 rmm/ ； ca —— 切削厚度，單位為 mm ； wa —— 切削寬度，單位為 mm ； 在深孔加工中，已知 pa （刀齒寬度）和 f ，如果單位切削力 p 為已知時，可由式 (24)計算出切向分力 zF ，即 fpaF pz ? (25) 切向分力 zF 確定后再根據(jù)手冊查得 鈦合金加工特性研究 鈦合金理化性質(zhì) 鈦是同素異構(gòu)體，熔點為 1720℃，在低于 882℃時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為 αTi；在 882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為 β Ti。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金 ,(α +β )合金和β合 金。我國分別以 TA、 TC、 TB 表示。 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。在 500℃～ 600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。 β鈦合金 它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效后合金得到進一步強化，室溫強度可達 1372～ 1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。 α +β鈦合金 它是雙相合金，具有良好的綜合 性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高 50％～ 100％；高溫強度高，可在 400℃～ 500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。 三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α +β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α +β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為 TA，β鈦合金代號為 TB，α +β鈦合金代號為 TC。 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。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 。 （ 2）耐熱性好，熱強度高。其工作溫度可達 500℃，在 300~350℃溫度下，鈦合金的強度比鋁合金高 10 倍。 （ 3）耐蝕性好。在海水及海洋大氣中的耐蝕性很高，特別適合與一些特殊領(lǐng)域如航空、石油石化等領(lǐng)域。 （ 4）化學(xué)活性大。能與大氣中的氫、氧、氮等起化合作用，開始強烈吸收氫、氧、氮的溫度分別為 300℃、 500℃和 600℃，元素與鈦合金表面作用后，形成硬脆表層，深度可達 ~，硬化程度為 20%~30%。 （ 5）熱導(dǎo)率小。鈦的熱導(dǎo)率 λ 約為鎳的 1/鐵的 1/鋁的 1/16。各種鈦合金的熱導(dǎo)率更低，約為鈦熱導(dǎo)率的 1/2。 （ 6）彈性模量小。鈦的彈性模量 E=11000kg/mm，約為鋼的 1/2，故鈦合金容易產(chǎn)生彈性變形。 部分鈦合金物理、力學(xué)性能見表 2表 22 表 21 部分退火鈦及鈦合金的物理 性能 牌號 物 理 性 能 密度ρ / 3??cmg 熔點 /℃ 線脹系數(shù) 610? ℃ 1? 熱導(dǎo)率λ / 11 ?? ?? KmW 彈性模量 E /MPa TA1 — 1677 106330 TA2 TA3 TA4 — — 123480134260 TA5 — — — 101920 TA6 — 102900 TA7 15901640 17600 TC1 — — 102900 TC2 15701640 — 107800117600 TC3 — — — — 111720 TC