CN102921985A - 一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，在工件上增加固定有厚度合理、切削性能优良、与工件定位配合良好及贴合紧密的切削力平衡引导板，并在引导板上用大直径铣刀铣加工垂直于孔中心轴线的斜面，将深小斜孔加工转换为普通深小孔加工，以解决难加工材料大斜度、深小孔切削加工断屑、退屑、排屑、让刀、振刀、打刀及直接加工时入口表面粗糙及长度尺寸不符合要求的问题，为表面完整性加工及抗疲劳制造提供可靠的技术支撑，为提高零件的使用寿命和安全性提供前提保障。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体为一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法。
背景技术
在高温合金结构上加工大斜度深小孔一直是机械加工领域的难题，比如在某型发动机主体材料GH4169的复杂型面薄壁钣金焊接件上加工大斜度深小孔一直制约着该发动机的研制进程，影响着发动机的整机质量。
以往该深小斜孔均采用电火花加工，而用该方法加工时，由于电极放电、受力摆动等原因，孔径、角度、位置度及粗糙度一直不能满足设计要求，且由于电火花加工的孔存在重熔层，易在热应力状态下诱发疲劳裂纹，不符合表面完整性加工要求，不适应现代航空发动机的抗疲劳制造需求，严重影响了发动机的寿命及安全性。
通过查阅各种资料知悉，该类孔亦可采用激光加工、直接切削加工及带钻模板加工，而采用这些方法加工时，会存在如下问题：
1）采用激光加工时，与电火花加工一样，存在重熔层无法去除而影响表面完整性的问题。
2）采用直接切削加工，则由于孔深且小的缘故，加工用刀具的径长比大，强度低，在加工过程中，刀具背吃刀量随着刀具的伸入而不断增大，让刀、振刀严重，切削表面粗糙，入口尺寸无法满足图纸要求。根据试验统计分析，孔口横向长度尺寸一般比理论要求大1.5～3倍。
3）带钻模板加工时，则存在如下问题：
（1）因钻套部分加长了排屑通道，退屑、排屑不顺畅，切削热难以散发，使得刀具在工作中极易断裂及磨损；
（2）因钻套加大了孔的深度，刀具长度加长，长径比增大，强度降低，刚性变差，加工过程中振刀、让刀加剧；
（3）刀具加长，制造难度加大，成本增加，经济性降低。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，通过在工件上增加厚度合理、切削性能优良、与工件定位配合良好及贴合紧密的切削力平衡引导板，并在引导板上用大直径铣刀铣加工垂直于孔中心轴线的斜面，将深小斜孔加工转换为普通深小孔加工，以解决难加工材料大斜度、深小孔切削加工断屑、退屑、排屑、让刀、振刀、打刀及直接加工时入口表面粗糙及长度尺寸不符合要求的问题，为表面完整性加工及抗疲劳制造提供可靠的技术支撑，为提高零件的使用寿命和安全性提供前提保障。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将引导板与待加工工件的加工面贴合固定；其中，所述引导板厚度与待加工深小斜孔的孔深关系为H＝Aδ，H为深小斜孔沿孔中心轴线的深度，δ为引导板厚度，A=1/sinα，α为深小斜孔轴线与待加工工件加工面的夹角；所述引导板上与待加工工件加工面接触的贴合面平面度≤0.03mm；
步骤2：在引导板上贴合面的背面加工斜面，所述斜面垂直于待加工深小斜孔的中心轴线；
步骤3：垂直于步骤2中的斜面，采用啄钻方法钻削孔，得到要加工的深小斜孔。
所述一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：所述引导板采用硬度为HRC 30～35的碳钢。
所述一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：步骤2的斜面采用铣刀铣加工得到。
有益效果
本发明通过增加厚度合理、切削性能优良、与零件定位配合良好及贴合紧密的辅助引导环，并在其上用大直径铣刀铣加工垂直于孔中心轴线的斜面，将深小斜孔加工转换为普通深小孔加工，配合啄钻工艺，解决切削加工大斜度、深小孔让刀、振刀、断刀、表面粗糙、入口尺寸不符合设计要求的问题。
附图说明
图1：引导板示意图；
图2：加工示意图；
其中：1、引导板；2、斜面；3、贴合面；4、空刀区域；5、虚拟加工的深小斜孔；6、刀柄；7、刀具；8、工件。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
本实施例以加工材料为固溶、时效态的GH4169，斜孔孔径为与加工平面倾角15°，工件垂直厚度为8mm，孔深39mm的斜孔为例。
步骤1：采用螺栓将引导板与待加工工件的加工面贴合固定。
理论上，采用与待加工工件同材料同状态的引导板对加工较有利，但若零件材料贵重时，采用同材料同状态引导板，会使试验成本增高，经济性变差。再者，对于难加工材料，采用同材料同厚度引导板时，加工过程中刀具磨损加剧，换刀频率增加，加工效率降低。为了节约成本，一般选用普通碳钢（如A3钢、20钢、45钢等），经过调质处理，硬度达到HRC 30～35，切削性能提高，加工时可达到较为理想的断屑、退屑、排屑效果。本实施例中采用经过调质处理的45#钢。
引导板的厚度在刚性、强度等能满足加工要求的情况下尽可能薄，其与孔深关系为：H＝Aδ，H为深小斜孔沿孔中心轴线的深度，δ为引导板厚度，A为与角度相关的常量，A=1/sinα，α为深小斜孔轴线与待加工工件加工面的夹角。本实施例中，α＝15°，引导环厚度δ与孔深H的关系为：H＝3.9δ，从上述关系式得出：δ＝H/3.9，因孔深为39mm，则δ＝39/3.9＝10mm。
将引导板与工件加工面接触的贴合面磨加工，保证足够的平面度，平面度要求为≤0.03mm，以确保与零件贴合紧密，防止加工过程中受力不平衡而使刀具崩刃、断裂。
步骤2：将单独的引导板与待加工工件固定连接在一起后，用刚性强的大直径铣刀在引导板上贴合面的背面加工斜面，所述斜面垂直于待加工深小斜孔的中心轴线，如图1所示，孔的斜角为α=15°，则斜面的角度为图示所示的β，两角的关系为：α+β=90°。
步骤3：如图2所示，在切削力平衡引导板上加工垂直于深斜小孔中心轴线的斜面后，垂直于斜面，采用啄钻方法钻削孔，得到要加工的深小斜孔。这样就可以解决直接切削加工及带钻套加工的断屑、退屑、排屑、让刀、振刀及入口表面粗糙及长度尺寸不符合要求的问题。
Claims (3)
1.一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将引导板与待加工工件的加工面贴合固定；其中，所述引导板厚度与待加工深小斜孔的孔深关系为H＝Aδ，H为深小斜孔沿孔中心轴线的深度，δ为引导板厚度，A=1/sinα，α为深小斜孔轴线与待加工工件加工面的夹角；所述引导板上与待加工工件加工面接触的贴合面平面度≤0.03mm；
步骤2：在引导板上贴合面的背面加工斜面，所述斜面垂直于待加工深小斜孔的中心轴线；
步骤3：垂直于步骤2中的斜面，采用啄钻方法钻削孔，得到要加工的深小斜孔。
2.根据权利要求1所述一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：所述引导板采用硬度为HRC 30～35的碳钢。
3.根据权利要求1或2所述一种在难加工材料上加工大斜度深小孔的方法，其特征在于：步骤2的斜面采用铣刀铣加工得到。
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