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深腔精密小孔加工方法

作者:龙八国际 日期:2021-02-16 22:27

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  深腔精密小孔加工方法 1. 零件结构 某公司承制的产品加工制造任务中,有一种电磁阀,在生产过程中遇到了按照传统方法无法 加工的深腔小孔难题——其深腔之深、小孔之小是以往没有遇到的,具体零件尺寸如图 1、 图 2 所示。该零件的加工难度非常大,如何保证加工质量让我们颇费周折。 2. 加工难点分析 由图 1 、 图 2 可以看出, 深腔小孔精度要求极高: 深腔为φ 16mm, 深度达到了 40mm; 深腔内小孔为φ (0.5±0.02)mm,且小孔顶部带有凸台形密封面,外圆φ 1mm,小孔直径 0.5mm、深度 5mm,深腔小孔与凸台形密封面同轴度要求为φ 0.01mm,凸台形密封面与深 腔垂直度要求为 0.01mm,必须一次装夹加工完成,且不能有任何的偏斜,否则不能满足图样 要求。 该零件内深腔小孔直径与长度之比为 1:10,属于深孔加工。 由于孔的深度与直径之比较大,且小孔又处于深腔内部,导致钻杆细长,刚性差,工作 时容易产生偏斜和振动,因此,孔的精度及表面质量难以控制;另外,由于零件材料为 1Cr18Ni9Ti,断屑不好,则可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏,无法保证孔的加工质量。 3. 加工方法探索 针对此难题,前期进行了如下探索: (1)定制加长钻头:先后定制了加长的高速钢钻头、合金钢钻头 10 余把,由于钻头本 身韧性有限,钻削热量不易散发,排屑空间小、易堵塞,在加工过程中钻头极易折断,即便 是进给量控制得非常微小也无法保证。 (2)采用激光打孔技术:利用激光打孔机加工此深腔小孔,结果测量发现小孔的圆度较 差,关键问题是利用激光打孔机加工必须要二次装卡,基本不可能保证深腔小孔与凸台形密 封面同轴度φ 0.01mm 的要求。 4. 工艺分析 在深腔内的深孔加工,影响其加工质量的因素有两个方面: (1)钻头的刚度:钻杆细长,刚性差,工作时容易产生偏斜、振动及断裂,影响孔的精 度及表面质量。 (2)排屑:孔小且深,排屑通道长,钻削时是在近似封闭的状况下工作的,由于时间较 长,断屑不好,排屑不畅,则可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏,无法保证孔的加工质量。 5. 采取的措施 针对深孔加工的特殊性及对深孔钻的要求,吸取以往经验,结合深腔小孔的特点,采取 了如下措施: (1)设计钻削刀具装卡装置,增加钻头的刚性。钻削刀具装卡装置采用包裹式结构,减 少钻头的裸露部分(见图 3) ,以提高钻头刚度和强度。并设置切削液流道,借助一定压力切 削液的作用促使切屑强制排出,达到排屑和冷却的目的。 (2)改进钻削刀具。为保证深腔小孔的表面粗糙度要求,需要麻花钻粗加工后,用铰刀 进行精加工。为提高铰刀韧性、防止加工中铰刀的损伤,采用齿数减半的方式,对铰刀进行 改进,减小了进给量,增大了排屑和容屑空间,具有韧性好、散热好和排屑好的优点。 (3)实现手动进给钻削,有效减小钻头折断的可能性。设计有钻套,可以实现手动进给 钻削。即使加工设备非常精密,也是机械式的进给,无法反馈切削力度,而靠手工进给,则 能控制合适的进给量,一旦感觉切削力过大或者有钻偏的迹象,马上退回钻头。钻套与工装 本体配合间隙控制在 0.005mm 以内,对深度较深的小孔加工尤为有效。此种方法可以在车床 上加工φ 0.2mm 小孔。 6. 工艺方法 加工工艺方法为:①中心钻定位、轴向进给分 6 次完成,最后 2 次进给靠手动进给。② 经过 3 次空进给量去毛刺,保证小孔的表面粗糙度要求。 7. 测量方法 在图 2 中,中心小孔直径(0.5±0.02)mm 和小孔顶部凸台形密封面外圆φ 1mm,不能 在加工设备上直接测量。公司采用的测量方法是将零件取下后,用带刻度的小型工具显微镜 测量和影像测量仪测量相结合的方式。 加工的第一件零件先用带刻度的小型工具显微镜测量,该显微镜可放大 30 倍,通过调节 刻度线mm,记录实测值。然后将该零件深腔去除,即 将凸台形密封面外圆φ 1mm 凸出在外,而非深腔内,再用影像测量仪测量,影像测量仪放 大倍数在 30~200 倍范围内可调,也采用 30 倍测量,记录实测值,比较两者测量结果,测量 值满足公差要求则进行批量加工。批量零件采用 30 倍小型工具显微镜 100%测量。


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