深孔加工的高效解決方案

在汽車零部件的制造成本中，刀具費(fèi)用所占的比例雖然只有百分之幾，但汽車制造商們?nèi)匀惶岢隽私档偷毒叱杀镜囊蟆?/p>

就刀具本身而言，通過提高自身的加工效率、延長(zhǎng)使用壽命可以降低其在生產(chǎn)成本中所占的比例。為縮減過去占制造成本15%～20%的切削液成本，干式、半干式切削得到逐步推廣，開始替代傳統(tǒng)的濕式切削。與此同時(shí)，刀具制造廠商開始將適應(yīng)干式、半干式切削的刀具商品化，以進(jìn)一步降低零部件的制造成本。

在切削刀具中，孔加工用的鉆頭尤其不易實(shí)現(xiàn)干式、半干式切削。進(jìn)行干式加工時(shí)，由于不能通過使用冷卻劑達(dá)到冷卻與潤(rùn)滑的效果，致使切削部位的溫度會(huì)迅速上升，使刀刃急劇磨損，刀具壽命急速縮短。特別是在切削熱易蓄積的孔加工中，熔結(jié)在刀具上的被加工材料脫落后會(huì)造成刀刃的顯著損傷，再加上缺乏冷卻液的排屑功效，切屑堵塞很容易造成鉆頭折斷，使加工不穩(wěn)定。令人遺憾的是，至今為止，孔的干式加工的實(shí)用化仍未能實(shí)現(xiàn)。

目前，除了鋁合金、耐熱合金材料的加工之外，采用最少量冷卻劑的半干式加工正在得到推廣和普及，在深孔加工中也已開始得到采用，如至今仍很難加工的L/D=10以上的深孔已經(jīng)能夠用非步進(jìn)法進(jìn)行加工了。

以往的深孔加工主要使用高速鋼鉆頭、槍鉆。為了避免孔彎曲而采用小進(jìn)給方式加工，為防止切屑堵塞而采用步進(jìn)方式加工，致使生產(chǎn)效率一直很低?，F(xiàn)在，這個(gè)問題已經(jīng)得到了解決，三菱公司開發(fā)出的可實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量加工的硬質(zhì)合金整體鉆頭（如圖1所示），目前在汽車制造業(yè)已經(jīng)得到應(yīng)用。

圖1 深孔加工用硬質(zhì)合金整體鉆頭

這種硬質(zhì)合金整體鉆頭的特點(diǎn)是螺旋排屑槽形狀由窄變寬，加工L/D＞20的深孔時(shí)不需步進(jìn)進(jìn)給，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，一次完成加工。

當(dāng)加工球墨鑄鐵時(shí)，如圖2所示，使用普通鉆頭切削，當(dāng)L/D=5.3時(shí)就會(huì)因切屑堵塞鉆頭發(fā)生折斷現(xiàn)象而無法繼續(xù)加工下去。而采用最新的深孔加工用硬質(zhì)合金整體鉆頭，L/D=25的深孔也可用非步進(jìn)進(jìn)給方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工，且未見切削動(dòng)力消耗的上升。

圖2 切削性能比較

圖3 與以往加工方法的比較（加工時(shí)間）

圖3所示的是最新深孔加工用硬質(zhì)合金整體鉆頭與以往的深孔加工用鉆頭切削時(shí)間的對(duì)比情況。采用直徑為直徑6mm的內(nèi)冷型鉆頭，加工孔深為150mm的深孔，分別采用各自推薦的常規(guī)切削條件進(jìn)行加工。結(jié)果顯示，整體硬質(zhì)合金鉆頭的加工時(shí)間大約是以往加工方式的1/5（與槍鉆相比）～1/10（與高速鋼鉆頭相比）大幅提高了生產(chǎn)效率。

圖4 加工實(shí)例（曲軸加工）

圖4所示的汽車零部件的曲軸上有一斜且深的潤(rùn)滑用油孔，以往采用高速鋼鉆頭或槍鉆加工。為了提高加工效率，建立經(jīng)濟(jì)、靈活的柔性生產(chǎn)，可采用加工中心組成生產(chǎn)線，并使用硬質(zhì)合金整體鉆頭。在考慮到保護(hù)環(huán)境問題的同時(shí)，此零件的加工采用半干式加工替代了濕式加工。半干式加工時(shí)工具的壽命可達(dá)72m/reg，相對(duì)于傳統(tǒng)工具而言提高了1.8倍。即使是與濕式加工相比較，也可以得到同等以上的壽命。

同時(shí)，在如下條件的連桿加工中：

□ 被加工材料：碳素鋼S55C

□ 鉆頭直徑：直徑6mm，內(nèi)冷型

□切削參數(shù)：Vc=80m/min，fr=0.2mm/r

□ 孔深：126mm

此鉆頭的使用與以往的工具相比較，使用壽命增加了1.5倍。

預(yù)計(jì)深孔加工用鉆頭的需求將進(jìn)一步增加，因?yàn)樯羁准庸び勉@頭的誕生是與由專機(jī)生產(chǎn)線向以加工中心構(gòu)成的FTL（柔性傳動(dòng)生產(chǎn)線）轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)相吻合的。

現(xiàn)在，鋁加工的半干式切削在部分用戶中已經(jīng)得到使用。但為得到更長(zhǎng)的使用壽命，尚在進(jìn)一步改進(jìn)其結(jié)構(gòu)形狀的進(jìn)程中，并在考慮采用DLC（類金剛石）物理涂層等措施。