深孔加工切削熱對孔質量影響分析范文

本站小編為你精心準備了深孔加工切削熱對孔質量影響分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：深孔加工的精度、散熱、排屑、圓度等都是需要解決的重點問題，因為深孔加工處于半封閉式，大量的熱量沒法散去，使切削區域溫度過高，影響刀具壽命，為了研究深孔加工切削熱對孔加工質量的影響，本文采用槍鉆刀具為分析對象，加工零件特征為槍管孔。通過理論分析，來研究深孔加工切削熱對孔加工質量的影響。

關鍵詞：深孔加工；切削熱；軸線偏移；表面劃痕

1緒論

槍鉆屬于外排屑專用深孔加工刀具，v形角為120°，通常我們所用的冷卻及排屑方式為高壓油冷系統，標準的槍鉆可加工孔徑為1.5mm到76.2mm的孔，加工孔的深度可達到直徑的100倍左右。深孔加工因其切削條件非常惡劣，斷屑和排屑困難，在加工過程中產生的切削熱沒法及時排出，導致刀片受熱加速磨損，減短刀具壽命，影響孔的加工質量。因為深孔加工的封閉性，導致只有40%的切削熱被切屑帶走，大量的切削熱都遺留在正在切削的刀具上，刀刃附近的最高溫度可達600℃左右。隨著加工繼續，刀具溫度增長迅速，刀具磨損加劇。在加工過程中隨著孔加工的不斷深入，切削排出的路徑也在不斷地加長，使排屑更加困難，阻塞加工區域，容易發生刀具卡死現象，嚴重破壞刀具。另外在深孔加工過程中，鉆桿是細長的剛性差，在加工過程中受切削力的影響容易發生振動，會影響深孔加工的直線度。對于深孔加工切削熱對孔加工質量的影響，應當使用高壓冷卻液，其切屑能從被加工孔中直接排出，不需要定期退刀來排屑。深孔加工中正確導向，合理排屑，冷卻潤滑都是影響孔加工質量的重要問題。

2不同刀具溫度對孔表面質量的影響

在深孔加工過程中，槍鉆屬于典型的單刃外排屑深孔鉆，用來加工孔深與直徑之比大于100，小直徑為2-20mm的小孔，槍鉆的切削部分主要采用高速鋼或硬質合金材料，工作部分采用無縫鋼管壓制成型，工作時，工件進行旋轉作用，鉆頭進給，高壓切削液從鉆桿尾部進入，經過鉆桿和切削部分切削液入口，進入切削部分及鉆頭部分進行冷卻降溫，潤滑鉆頭，并將切屑從鉆桿外部的V型槽經高速高壓作用排出。在研究過程中，通過實驗得出，刀頭切削部分溫度越高，對深孔加工表面層纖維的無規則破壞越嚴重，當刀具溫度達到一定程度時，深孔表面質量開始出現劃痕，隨著溫度的增高，劃痕程度依次遞增，采用劃痕因子統計法，對不同刀頭溫度下所產生的無規則劃痕和大面積表層纖維撕裂做出統計分析。當出口溫度達到時，深孔表面開始出現劃痕，從這個溫度開始統計，直到深孔表面劃痕達到嚴重程度位置，這個范圍進行統計，劃痕因子統計表明在某一個階段刀頭溫度對深孔表面的影響屬于輕微型，但是超過這個溫度，隨著溫度再次上升，深孔表面纖維破壞更加嚴重。深孔表面開始出現大面積表層撕裂。當溫度繼續上升，深孔表面損傷加劇。大量表面纖維破壞的產生證明刀頭溫度的高低不同，對深孔表面質量的好壞有著嚴重的影響。

3不同刀具溫度對孔加工軸線偏移程度影響

對于深孔加工來說，深孔的軸線偏移量是影響整個孔質量的重要因素，因為鉆頭溫度過高在加工過程中導致磨損加劇而引起的深孔軸線偏移，是提高深孔加工質量重要的研究方向，前期有學者研究槍鉆加工過程中由于排屑困難引起鉆頭溫度升高而產生的磨損對于深孔加工軸線偏移的影響。得出結論，由于刀具溫度過高引起的磨損使加工過程振動增加，加劇影響整體孔的軸線偏移。在加工過程中切削用量的不同引起的刀具內刃和外刃磨損形式及磨損程度不同，因為刀頭的磨損，使得在加工過程中切削力分布不均勻從而導致深孔軸線偏移，第二個影響深孔軸線偏移的因素是鉆頭刃口的圓弧半徑，在加工過程中，當切削深度小于鉆頭刃口的圓弧半徑時，會使加工軸向力增大，在增大的軸向力條件下，會導致深孔軸線發生偏斜，從而影響加工質量。槍鉆切削的特點時僅在軸線的一側有切削刃，沒有橫刃，在使用時需要重新刃磨內外刃后面，形成外刃余偏角，內刃余偏角,鉆尖偏距e=d/4，因槍鉆特有的結構形狀，內刃切削出的孔底存在錐形凸臺，對鉆頭的導向定心有良好的幫助作用。在鉆尖偏距合理的情況下，內刃所產生的背向力及外刃所產生的背向力，兩者的合力與孔壁在加工中所產生的支撐反力相平衡，有效的保證鉆頭的溫度工作，減少深孔軸線偏斜發生，保證深孔加工質量。

4切削熱對刀具的影響及冷卻方式

切削力的來源：在金屬切削過程過程中切削熱有三個來源：第一是克服被加工材料彈性變形的抗力，第二是克服被加工材料塑性變形的抗力，第三是克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過度表面及已加工表面之間的摩擦力。在切削過程中，被切金屬在刀具的作用下，發生的彈性變形和塑性變形而消耗的功，是切削熱的一個重要來源，切削與前刀面，工件與后刀面之間的摩擦所產生的熱量，都是切削熱的來源，整個切削過程中所產生的切削熱通常都是由切屑、刀具、工件及周圍介質傳散。如圖1所示：在深孔鉆削加工中，切削熱的產生和傳出系統，形成了溫度場，在熱量傳導的熱通量與溫度梯度有關系，研究鉆頭與深孔加工表面接觸部分的熱通量變化關系，是解決切削熱對刀具影響的重要途徑，研究熱通量具體情況，必須建立溫度場的微分數學方程，公式如下：以上公式中，等號左邊的內容表示的凈熱量及內熱源，公式右邊表示有溫度變化引起的能量的增加或減少。通常用的熱傳導公式的簡化形式：第一種：為常數的物理性質在此熱傳導理論分析的條件下，給出合理的假設值，建立熱傳導數值的數學模型，在測定切削熱產生及傳導過程中，求解近似值，為后續分析切削熱對刀具的影響做基墊。深孔加工的散熱是需要重點解決的問題，在深孔加工時，不能夠直接看到孔的加工情況，只能靠聽聲音，看排屑及觀察振動來判斷加工刀具磨損情況，隨著加工溫度越高，刀具磨損越劇烈，必須采用高效的冷卻方式來保證孔的加工質量，選擇可靠高效的冷卻液能對對刀具的耐用度孔的加工質量及加工效率產生很大的影響。在深孔加工中采用高壓油冷系統來起冷卻，削振，潤滑，沖洗的作用。切削液在深孔加工中還起到防止腐蝕保護已經表面的作用，在加工過程中的切削抗力及與孔壁的摩擦力會產生大量的切削熱，根據能量守恒定律，這些熱量大部分將會通過切削熱被切屑帶走，有一部分傳遞給刀具，一部分傳遞給工件，還有周圍介質也占一部分。注入的冷卻液在加工時會在導向塊和深孔壁之間產生一層油膜，有效的抑制已加工表面的氧化，降低摩擦所產生的熱量，從而減輕加工振動及噪音，提高加工質量。

5結論

本文主要從不同刀具溫度對孔表面質量的影響，不同刀具溫度對孔加工軸線偏移程度影響，切削熱對刀具的影響及冷卻方式三個方面分析了深孔加工切削熱對孔質量的影響，深孔加工的質量控制問題一直是研究的重點方向，通過研究得出深孔鉆削深度的增加刀具溫度會驟然上升，導致槍鉆的內刃、外刃，前刀面及后刀面，刀尖不同程度受到磨損，其中切削刃附近的前刀面和后刀面接觸的地方溫度最高。刀具溫度升高，對刀具壽命對孔加工質量有著不良的影響，找到切削熱對深孔加工各方面詳細的影響因素，為后期進一步提高深孔加工質量的方法研究有至關重要的作用。

參考文獻

[1]鄭志群,龐俊忠,馬廣軒.高速小直徑深孔鉆削穩定性分析[J].煤礦機械.2014(1).

[2]孔令飛.深孔加工中鉆桿系統非線性動態行為研究[D].西安：西安理工大學2010.

[3]高興軍,李萍,閆鵬飛,鄒平.基于Deform3D不銹鋼鉆削機理的仿真研究[J].工具技術,2011(4).

[4]胡鳳蘭,劉軍安,魏華.深孔鉆削中的孔軸線偏斜機理與控制方法[J].現代制造工程,2011(7).

[5]楊順田,候忠坤.深孔鉆削中受力分析與切削參數定量分析[J].組合機床與自動化加工技術,2011(7).

[6]李亮,武鵬,許寧,張柱銀.鈦合金深孔槍鉆加工研究綜述[J].工具技術,2017(6).

[7]鄭志群,龐俊忠,馬廣軒.高速小直徑深孔鉆削的穩定性分析[J].煤礦機械,2014(1).

[8]朱紅霞.深孔加工鉆削溫度研究及虛擬測溫儀器的設計[D].太原：中北大學,2014.

作者:高妮萍 單位：陜西國防工業職業技術學院