深孔加工技术之枪钻及应用
发布时间:2025-09-08 文章来源:本站原创 阅读量:56
深孔加工技术之枪钻及应用
2.1
枪钻及应用
枪钻加工是一种比较古老的深孔加工工艺,属于典型的外排屑深孔加工方式。最初用于加工枪管,故名为枪钻。枪钻是外排屑深孔钻的代表,也是小直径(φ10mm以下)深孔加工的常用方法。采用枪钻加工可以获得较好的加工效果,枪钻加工具有一次钻削就获得良好精度和表面粗糙度的特点。
2.1.1
枪钻的结构
标准的枪钻由高速钢或硬质合金制造,头部与钻杆钎焊为一体(图2.1),主要由头部、钻杆和传动部(柄部)三部分组成。
当枪钻直径大于6mm时,也可以采用镶焊(图2.2)和机夹硬质合金的结构(图2.3),切削齿、导向块和刀体采用镶焊或机械连接方式。与钎焊枪钻相比,切削部分带有分屑刃口设计,切削力比钎焊枪钻小,切屑处理规范且细小,使得排屑更加稳定流畅。另外,带有涂层的刀片和导向条能够进行高速切削,这是传统的钎焊枪钻所无法实现的。
1. 枪钻头部
枪钻头部是整个枪钻的关键部分,其独特科学的组合结构在确保完成切削工作的同时还起到自导向的作用。枪钻头部有两个基本角度,可以根据被切削工件的材料及形式来选择最恰当的组合,以便更好地平衡切削力和断屑,并将切削力传递给导向块,保证良好的直线度和同轴度。枪钻头部有很小的倒锥度并且直径较钻杆略大,可以保证钻杆在切削孔内自由旋转而不会摩擦孔内壁的已加工表面。
枪钻头部端面有出油孔,出油孔形状和大小主要根据切削液流动特性和流量要求来确定。常
见出油孔的形状有单圆孔形、半月形和双圆孔形三种,如图2.4所示。其中双圆孔形和半月形的出油孔截面积较大,常用于大直径枪钻或双刃枪钻。小直径枪钻或单刃枪钻,常用单圆孔及半月形截面形状。
为了保证加工孔的精度,枪钻头部有两个导向块,与副切削刃带形成三点定圆,自身导向。
导向块的形式随枪钻头部结构和直径而异,如图2.5所示。机夹结构头部采用机械夹固的方法将两个块状导向块夹持在刀体上(图2.5(a))。镶焊结构头部中将两个条块状导向块镶焊在刀体上(图2.5(b))。整体结构头部中,枪钻直径大的直接做成整体突出导向块(图2.5(c));枪钻直径小的可在圆柱面上磨出平面,形成整体圆柱面导向块(图2.5(d))。
2.钻杆
枪钻钻杆必须有足够的强度以便在较小的扭转变形下提供切削所需的扭矩,同时刀杆也必须有足够的韧性,这样才能吸收刀杆高速旋转产生的振动。一般用高强度合金钢管压制而成。根据钻孔的深浅和钻头的结构,可选用不同形式的钻杆,如图2.6所示。
通常,D形钻杆适用于Speedbit枪钻;U形钻杆用于特殊结构枪钻;V形钻杆和圆形钻杆适用于普通(标准)枪钻,V形钻杆用于钻深一些的孔,圆形钻杆用于钻浅孔;中心槽形钻杆适用于销式枪钻;麻花形钻杆用于立式钻削。
钻杆直径必须略小于钻头直径,但不宜过小,否则切屑容易泄漏到V型槽外,划伤已加工面。
3. 柄部
柄部是将钻头和机床连接起来的部分,钻柄与机床的连接孔要求有一定的同轴度,并且连接必须牢靠,以便有效地传递力和力矩。枪钻钻柄的形式较多,常见的柄部结构见图2.8。
2.1.2枪钻的几何参数
枪钻切削部分要素如图2.9所示。有两条主切削刃和一条副切削刃,靠近钻心的一条主切削刃称为内切削刃,另一条主切削刃称为外切削刃,其交点被称为钻尖。
1.切削角度
枪钻切削部分的几何角度如图2.10所示。
1)前角和后角
枪钻内、外刃的前角yo一般均取0°,这种平面型前刀面便于制造和重磨。外刃后角通常磨成双重后角,取o=8°~15°(切削钢料为8°~12°,硬度高时取小值;钻削铝、镁及其合金时为15°)。外刃的第二后角磨成a2=15°~25°,能防止切屑堆积,使切削液到达切削刃。内刃后角通常取=10°~15°,由于接近钻心,实际切削后角减小较多,故应取上限。
副切削刃(亦称圆柱刃)后角常取α=8°,并留有刃带宽度ba,一般取刃带宽度bu0.4~0.6mm,过窄易划破油膜,过宽将增大摩擦力,引起卡钻。
2)偏角及钻尖位置
枪钻内、外刃的主偏角对切削刃的受力状态、刀尖强度、断屑和排屑情况都有很大的影响。标注时,习惯上不标注主偏角,而是标注余偏角。外、内刃余偏角分别为,和w。枪钻内、外刃的余偏角分别被称为内角和外角。钻尖至钻头轴线的距离称为钻尖偏心距e。内、外角和钻尖偏心距直接影响切削刃的受力状态,如图2.11所示。
图2.11(a)中外刃大于内刃,外刃径向力过大,将使作用于导向块的挤压力增大,摩擦增大,已加工表面恶化,热量增加。
图2.11(b)中外刃小于内刃,内刃径向力过大,将使合力作用于副刀刃上,引起较大的直线度误差,使孔径尺寸超差、表面粗糙度增加、切削刀刃带过早磨损等。
最好的情况是内、外刃径向力相等或者外刃径向力稍大于内刃径向力,如图2.11(c)所示,使合力作用于导向块上,防止钻头走偏。通常取e=do/4。考虑内刃切削速度较低,钻心部分切削情况比较复杂,要保证外刃径向力等于或稍大于内刃径向力,必须使w>r。加工一般材料时,取e=do/4,r=30°~40°,yt=20°~25°,软材料取小值。用枪钻加工重叠钢板时,为防止卡钻,要求内刃产生的锥体很小,这时,取=30°~45°,r=2°~10°,e=do/6。
3)槽形角
槽形角θ是指抢钻排屑V型槽的角度,如图2.10所示。槽形角0=110°~130较为合适。槽形角过小,排屑空间小,不利于排屑:槽形角过大,钻杆刚性减弱。一般取0=110°,这时钻杆的扭转刚度为轧制前圆形钢管的35%。
2.其他几何参数
1)零位芯柱
枪钻的主切削刃要通过钻头中心或略低于钻头中心,不能高于中心,避免崩刃。由于内刃低于中心五值,切削时形成了柱形芯棒,这个芯棒被称为零位芯柱,如图2.12所示。芯棒的形成一方面可以减少轴向力,另一方面减小了孔轴心线的偏移,给枪钻以附加的导向,对钻削是有利的。芯棒直径不宜过大,以便于自动折断同切屑一起排出。通常取零位芯柱直径d=2h=(0.03~0.05)do,一般不大于0.4mm。 r”
为了避免芯棒与钻头体之间的摩擦,内刃一般少量超过钻头中心,超过的值用b。表示,b。值必须大于芯棒半径值,一般取be=(1~1.5)d。
2)切削部分倒锥值
同其他钻头一样,枪钻切削部分也需要刃磨倒锥,即钻头切削部分的直径从头部向尾部逐渐减少。其主要作用是减少钻头与工件孔壁间的摩擦和防止钻头导向块和切削刃表面的损坏。
倒锥值的大小直接影响枪钻的耐用度和使用寿命。倒锥值的确定原则是:既要考虑被加工零件的精度要求,又要尽量延长枪钻的使用寿命。枪钻切削部分长度与孔精度和倒锥角之间的关系为
1、=(dmax-dmin)/(2tana)
(2.4)式中,1为枪钻切削部分长度,mm;dmax为最大孔径,mm;dmin为最小孔径,
mm;α为倒锥角,(°)。标准枪钻一般按每100mm的长度上直径的减少量来标注,这个减少量K可以按式(2.5)计算,即(2.5)K=0.02do
3)导向块滞后量
为了防止导向块前端先于刀刃参加切削,要求导向块前端必须沿轴向滞后外刃尖一定距离,该值即称为导向块滞后量。滞后量切削不稳定。通常滞后量取0.5~1.2mm,或取(2~4)f,f为进给量。
2.1.3
枪钻的使用
要想使枪钻钻削深孔时达到满意的效果,必须合理选择切削用量、刀具几何参数、刀具材料和冷却液,这样才能获得优异的加工性能,得到满意的加工质量。
1. 切削用量的选择
切削用量的选择与切削过程及切屑的形成有关,同时也与被加工零件材料、精度要求和机床特性有关。
1)切削速度
切削速度主要取决于刀具材料,受钻头耐用度和机床转数的限制。高速钢枪钻一般取切削速度v=35~70m/min;硬质合金枪钻切削速度可参考表2.1选取。