小直径深孔钻削的工艺流程分析和设计

朱丽娜,苗鸿宾

(中北大学 机械与动力工程学院，山西 太原030051)

    通过对具有较大长径比、直径小于2mm的小直径深孔钻削进行研究，分析了切削数据和刀具设计对刀具磨损和切屑形成的影响，对深孔钻削的过程进行了工艺流程分析，解决了加工过程中工艺混合的问题，通过将激光打孔与机械钻孔结合，提高了工艺可靠性和生产效率。

    由于部件的小型化和小批量生产需求的增加，工业生产中小直径、大长径比的深孔需求越来越多，而且对孔的表面质量要求也越来越高。例如，汽车行业生产中，为了提高喷油压力和优化燃烧过程，燃料喷射器的内孔孔径越来越小。表面缺陷会导致零部件出现裂缝和破损，甚至会导致发动机的停机，因此孔的表面质量至关重要。在信息技术行业、医疗和生物医药产品等领域，大长径比的深孔加工也有广泛应用，例如，在骨折复位及矫正中，需要有特定的钻孔来安装骨钉和骨螺钉［1］。

    为了满足市场需求，改进生产流程和发展新技术就变得非常必要。加工小直径深孔可以使用深孔钻削、激光打孔、电火花加工、电子束加工和电化学加工等不同加工工艺，这些加工工艺在精度、钻孔深度、直径范围、可重复性或加工时间方面具有特殊的性能。内孔加工时，不同工艺的组合可以提高孔的质量，并且可以缩短加工时间。激光预钻孔和电火花镗的组合就是机械加工中混合处理的例子。

    深孔钻削的特征是具有良好的钻孔质量和较大的长径比［1］。深孔钻削需要有预钻孔阶段的导向支持。特别是在非平面上钻孔，需要特殊的钻孔套筒或额外的面铣工艺来制造一个加工平面［2］。

1试验装置

    为了使这一试验研究顺利进行，本文设计和制造了一台机床。该机床有一个Nd:YAG激光器，激光器被安装到一台用于小直径深孔加工的深孔钻床上。这样深孔钻削和激光打孔这两个加工过程就可以在同一机床和工件夹具下进行。在这个改进的机床上，深孔加工的直径d的范围为0.5mm~0.6mm。在小直径深孔加工中，该机床可以达到的最大冷却液压力P为25MPa。激光打孔过程可以根据以下4种不同操作原理来进行，即单脉冲激光打孔、冲击打孔、激光套料打孔、螺旋打孔［3］。所用激光的最大功率P为8 000W，脉宽t为0.08～1.00ms。该机床的规格见表1、表2。

表1所使用机床的深孔钻削技术规格

序号             项目                 内容

 1           钻孔直径范围         d=0.5~0.6mm

 2           主轴电机功率         Ps=4kW

 3           刀具进给最大速度     vfmax=15 000mm/min

 4           钻孔最大深度         ltmax=450mm

 5           切削油压力           P=25MPa

表2 所使用机床的激光打孔技术规格

序号         项目           内容

 1       平均激光功率       P=80W

 2       峰值激光功率       P=0.5~8.0kW

 3       激光脉冲能量       ε=0.04~8.00J

 4       脉冲宽度           t=0.08~1.00ms

    试验中，使用了不同几何参数、刀具材料和涂层的深孔刀具，还对硬质合金麻花钻进行了测试......

作者简介：朱丽娜（1987—），女，山西太原人，中北大学硕士研究生，主要研究方向为深孔加工技术及应用。

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