深孔加工技术之切削的处理

3.卷屑
在深孔加工中，希望产生较规则的小C形屑，这种切屑的切屑容积系数小容易排出，卷屑消耗的功率不大。C形屑的形成是由卷屑台肩的作用与切削速度v、进给量f适当配合而实现的。
卷屑就是切屑的卷曲，即切屑在某一方向上存在着流出速度差，导致切屑上下或者左右受力不均，从而发生卷曲的现象。按照切屑离开刀具的方向，一般可分为向上卷曲和横向卷曲两种形式。
切屑的向上卷曲是切屑上下面受力不均在厚度方向上产生的向上卷曲，如图1.22所示，切屑底层的流出速度Vht大于上层的流出速度V，它的轴线近似的平行于刀具与切屑的分离线。

切屑的横向卷曲是切屑在左右面受力不均在宽度方向上产生的卷曲现象，如图1.23所示，在切屑底面内沿宽度方向存在流出速度梯度，使切屑以角速度ωz绕切屑底面的法线方向旋转，从而产生横向卷曲，其卷曲轴线一般垂直于切屑底面。

切屑向上卷曲属于切屑的二维变形，而切屑横向卷曲属于三维变形。实际加工过程中，切屑卷曲受到切削条件、切削参数和刀具几何参数等因素的影响，在深孔钻削过程中还受到刀具刃倾角λ、副切削刃与刀尖圆弧部分的影响，以及沿切削刃剪切角变化的影响等。综合考虑这些因素，在深孔加工过程中不会得到真正意义上的横向卷曲，大多情况下是向上卷曲和横向卷曲合成的斜向卷曲，因为只有这种卷曲形态才能出现螺旋褶皱宝塔型切屑。
4.断屑
断屑是指切屑每隔适当长度自行折断。当切屑从前刀面上流出时，由于带倾斜（或圆弧）卷屑台的作用，使切屑增加一部分附加变形，切屑材料失去一些塑性.然后顶到孔底，切屑在弯矩作用下再变形，当这种变形达到足够的程度时，则产生断屑。在断屑措施中，注意消耗功率尽可能小些，不要使切屑产生过大的附加变形，图1.24为向上卷曲切屑在一个折断周期内切屑的变化情况。

从图1.24可以看出：切屑上卷半径达到最大值时，切屑将要折断；切屑切断后，上卷半径为最小，但不为零。这表示切屑不是在根部折断，而是在离开前刀面后保留一段初始卷曲的部分断开。切屑在内环面（即切屑的顶面）发生应变，应变随着切屑的继续流出而增大，最后切屑被折断，成为C形屑。
通常切屑折断方式有以下四种：工件阻碍型、螺旋型、后刀面阻碍型和横向卷曲型，如图1.25所示。

切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象称为冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，也越容易折断。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性材料时，应设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，达到断屑的目的。
在深孔加工过程中，如果切屑可以周期性的折断，可利于切屑的处理；如果切屑不能周期性的折断或者不自然折断，那么必须采取一定强制措施，迫使其折断。常用的方法有断屑槽法、改变刀具几何参数法和调整切削用量法。无论采用哪种方法，其折断理论都为最大应变理论，切屑内部产生的应变与切屑厚度的大小成正比，与切屑卷曲半径成反比。要想折断切屑，必须增大切屑厚度、减小切屑卷曲半径和降低切屑断率应变值，这三者在断屑中起着同样重要的作用，只有选取三者的合理匹配值，才能得到满意的效果。
5.不断屑
对于奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti、沉淀硬化不锈钢 0Cr17Ni4Cu4Nb 和钛合金TC4等难加工材料，尽管采取上述各种加工方法，也很难实现断屑，反而形成厚而韧的螺旋长屑，经常出现堵屑。实践证明，这些材料的加工不宜采用断屑方式，可使其形成长条屑，控制切屑的宽度和厚度，使之形成窄而薄的褶皱长条切屑，则可随切削液非常顺畅地排出1。这样，在钻削过程中切削非常平稳，避免了断屑时的冲击，提高了钻头的耐用度，保证了深孔加工的顺利进行。综上所述，深
孔加工中切屑的处理是一个关键技术，不能完全追求断屑，某些难切削材料、小直径孔径的深孔加工，不断屑，往往是正常切削的前提。
1.3.3
合理导向
由于深孔的长径比大，钻杆细而长，刚性较低，易产生振动，并使钻孔偏歪而影响加工精度和生产效率，因此深孔加工的导向问题需要很好地解决。深孔加工刀具通常利用副刀刃和两个导向块三点定圆自身导向进行切削。合理布置这三点，是深孔加工过程正常进行需要解决的主要问题之一。通常按以下两种原则来确定深孔刀具导向块的合理分布。
1.按深孔刀具的稳定度确定导向块的合理分布
1）深孔刀具的受力状态深孔刀具的受力状态如图1.26所示。深孔刀具所受的力可分为以下三类。
(1)切削力：可分解为相互垂直的切向分力Fzi、径向分力F和轴向分力Fu
(2)摩擦力：导向块相对孔壁转动时产生摩擦力Fn和Fa；导向块沿轴向移动时与孔壁之间产生轴向摩力Fa1和Fa2；同样，副切削与孔壁的摩擦力为Fa和Ft3o
(3)导向块的挤压力：导向块和副切削刃与孔壁之间的挤压力为N、和Ns。
2)深孔刀具的稳定度
深孔刀具要在工件中正常工作，导向块必需始终保持与已加工孔壁接触，并有一定的压力存在，才能保证加工过程的稳定性。据此，引入静力学中“稳定度”的概念作为合理布置刀刃与导向块位置的理论依据。
稳定度在这里是对某一个导向块而言的。稳定力矩是指以要考察的导向块作为支点，使非考察的导向块压向孔表面的力矩。相反，倾覆力矩则是指使非考察的导向块脱离孔壁的力矩。因此，一个深孔刀具有两个稳定度，即导向块1的稳定度Si及导向块2的稳定度S。对于整个深孔刀具的稳定性，应该把两者中小的作为该刀具的稳定度S，即
当S1>S2时，S=S2；
当Si<S2时， S=S1；
当S>1时，表示刀具处于稳定状态；S=1时，表示刀具处于临界状态；S<1时，说明刀具处于不稳定状态。
稳定度S可以作为确定导向块位置的依据。为了计算深孔刀具的稳定度，根据导向块可能布置的四种情况，如图127所示，给出四种情况下稳定力矩Mw与倾覆力矩Mq的计算公式，见式(1.4)~式(1.7)。
式中，Fver为垂直方向(Z向)合力，N；Fhor为水平方向(Y向)合力，N；Ms为切削合力矩，N·m；Mb为钻杆对钻头支承力矩，N·m；R为钻头半径，m；8、&分别为两个导向块的位置角。
根据稳定力矩与倾覆力矩的计算公式：
S=f(F,Fo,M，M,R,8,8)
当切削力计算出来后，Fver、Fhor、Ms、M为常量，R亦为常量。此时，稳定度S是位置角&和&的函数，即
S=f(8， o)
取&和&可能变化的范围，并取适当的增量（一般为1°~5°），算出任意和组合时钻头的稳定度。取稳定度最大(Si=Sz)时的&和&作为导向块布置的位置角。在实际应用时，为了减少计算量，节省计算机运行时间，可将&和&适当匹配（一般取&-&=90°），这样S就为单变量函数。通过单变量循环计算，可获得。和&在一定的匹配下稳定度最大时的位置角。

2.按导向块受力确定导向块的合理分布
深孔刀具导向块的布置，亦可按两导向块所受正压力N和N相等原则来确定。当受力相等时，两导向块磨损均匀，同时达到磨钝标准，避免了受力不均，一个导向块磨损过快而导致的刀具过早报废，节省材料。在8和&可能的范围内，取适当的增量（一般为1°~5°），计算出使N=Nz时的&和&值，该值即为受力相等时两导向块布置的位置角。
按稳定度S最大原则和两导向块所受正压力M和N相等原则计算所得导向块位置角是不同的。从深孔加工稳定性、加工精度和刀具耐用度等方面综合考虑，
按最大稳定度原则来确定导向块的位置角和&比较合理，对于由此产生的两导向块受力不相等，磨损不均匀的缺陷，可以采取把受力大的导向块的宽度加大，增加承受载荷的面积的方法来弥补。
因此，深孔加工技术可理解为：使用一定压力的冷却润滑液及排屑系统，采用导向良好的深孔刀具、机床和附加装置，使之达到高效、高精度的加工深孔的目的。