CN102935524A - 一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法 - Google Patents

Abstract

一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，将高温合金材质壳体工件装夹到坐标镗床上；用中心钻在工件上钻一个定位孔；用标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向；用长杆钻头进行深孔钻削加工；用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：调整主轴转速，待加工的深孔孔径越小，要求主轴转速越高；设定钻削过程中的每次进给速度；按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束；清理残余铁屑。本发明采用手动进给的方式，以避免由于材质和组织不均匀引起钻头折断，采用固体二硫化钼作为润滑剂，防止积屑瘤的产生，提高钻头的使用寿命和加工效率。

Description

一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法。

背景技术

深孔是指孔深与孔径之比大于5的孔，在加工深孔时，钻头细长、强度低、刚性差、易变形，且切屑排除困难，钻头与孔壁有较长的接触与摩擦，切削条件差；切削液难以送到切削区；切削抗力剧增，易造成钻头偏离和钻头折断等。现代发动机技术大量采用高温合金材料，钻削时塑性变形抗力大，钻头所承受的切削力要比钻削钢料大2~3倍，钻头前刀面和切屑接触件的单位压力增大，且摩擦系数高，切削热随之增高，加之合金的导热系数较低，使刀刃很快就粘焊、剥落而变钝，变温增加了钻头材料的扩散磨损，使钻头材料变得脆弱，其磨损程度随着温度的增高而增大，合金内含有大量的硬度极高的碳化物和合金化合物的强化项，在钻削的高温作用下，加工表面的加工硬化现象严重，因此高温合金材料壳体的深孔加工一直是机械加工的难题。

高温合金锻铸件钻削时材质和组织都有一定的不均匀性，易产生冲击力，冲击振动等刀具问题，致使刀具损坏，有时还会引起零件报废。在加工深孔的时候，以上的材质问题暴露得更加明显，由于钻孔的行程较长，钻削高温更不容易扩散，加工现象更加严重，另外在钻削铸造高温合金深孔的时候，材质的不均匀性表现得更加明显，由于冲击振动，刀具更易折断，这给加工高温合金深孔提出了挑战。

利用加工中心进行高温合金材质壳体的深孔加工，全凭机械力向下钻削，在加工过程中遇到材质或组织不均匀处无法感知，只能按照既定程序进行，极易造成钻头受冲击力发生震动折断，而立式钻床虽然能够感知材质和组织的不均匀性，但其加工精度不足，无法满足较高的技术条件和要求。

另外，在深孔钻削过程中，排屑问题也是难题，传统的钻孔加工一直采用外部的切削液冷却冲洗内孔，由于孔径过小，孔深过长，钻削到20mm左右深度时，内孔的积屑就难以排出了，而且由于高温合金的导热系数低，刀刃很快粘刀剥落而变钝。

在钻削过程中，润滑也是需要考虑的问题，通常钻孔大多采用切削液，用于防止两种情况发生：一是在钻孔中钻头和工件容易产生过热现象，出现热膨胀影响加工精度；二是钻头和工件表面摩擦系数过大，易产生积屑瘤，降低工件粗糙度和钻头的使用寿命。由于在进行喷嘴壳体钻深孔的过程中，每次进给深度都不大，以利于排屑，使用基本上过热问题可以忽略不计，主要问题集中在润滑上，由于孔径小，孔深过长，切削液难以到达孔底部，致使钻头磨损过快，孔的精度和粗糙度都不理想。

为满足新型航空发动机高温合金壳体的研制和生产需求，保证零件的深孔加工质量、尺寸精度、位置精度，急需研究一种高温合金材料壳体的深孔加工方法，来替代专用的深孔加工设备和刃具，节约专用设备购置费用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，利用单柱坐标镗床，经过钻削加工和润滑完成长径比20以上的高温合金材质壳体的深孔加工。

本发明的技术方案是：

一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，包括以下步骤：

步骤1：将高温合金材质壳体工件装夹到坐标镗床上；

步骤2：用中心钻在工件上钻一个定位孔；

步骤3：用标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向；

所述标准钻头直径小于待加工的深孔孔径；

步骤4：用长杆钻头进行深孔钻削加工，该长杆钻头总长比孔深长80mm以上；

所述用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：

步骤4.1：调整主轴转速，待加工的深孔孔径越小，要求主轴转速越高；

步骤4.2：设定钻削过程中的每次进给速度；

步骤4.3：按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；

在使用坐标镗床进行钻削加工深孔过程中，采用手动进给的方式，以避免由于材质和组织不均匀引起钻头折断；

采用固体二硫化钼作为润滑剂，代替常规切削液进行润滑，防止积屑瘤的产生，提高钻头的使用寿命和加工效率；

钻削时需要严格控制走刀速度，尽量向下用力均匀，入刀时避免用力过猛，以免折断钻头；

步骤4.4：加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束；

步骤5：清理残余铁屑；

每次退出时要把钻杆上的铁屑清理干净，钻头连续向前进刀，所施加的压力应保证钻头的切削刃一直在钻削，切勿使钻头停滞不前，打空转，以防止钻头对孔底部进行抛光而引起孔底硬化，如孔底硬化后还继续钻孔，将加速钻头磨损；

由于孔径过小，孔深过长，造成内孔积屑，因此通过硬管将压缩空气接入工件深孔开口处附近，抬起钻头后吹2~3下，将深孔内铁屑清理干净。

有益效果：

本发明采用手动进给的方式，以避免由于材质和组织不均匀引起钻头折断，采用固体二硫化钼作为润滑剂，代替常规切削液进行润滑，防止积屑瘤的产生，提高钻头的使用寿命和加工效率。

附图说明

图1是本发明的实施例1、2或3的深孔钻削加工实际动作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施做详细说明。

实施例1

选取铸件高温合金壳体，孔径为φ3，材料为K4169，孔长为80mm，选择型号为TG4145B的单柱坐标镗床进行深孔钻削加工，加工过程采用手动进给方式。

待加工的深孔孔径为φ3~φ7时的加工参数如表1所示：

表1 深孔加工参数表

对上述高温合金材料壳体进行深孔钻削加工的方法，包括以下步骤：

步骤1：将高温合金材质壳体工件装夹到单柱坐标镗床TG4145B上。

步骤2：用中心钻A1/3.15在工件上钻一个定位孔，定位孔位置在深孔中心位置，保证钻出的定位孔小于φ3。

步骤3：用φ2.8标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向，导向孔长度为5mm，。

步骤4：用φ3长杆钻头进行深孔钻削加工，该长杆钻头总长比孔深长20mm；

本实施例的长杆钻头材质为W2Mo9Cr4VCo8，根据表1所示的深孔加工参数，用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：

步骤4.1：调整主轴转速，主轴转速保持1500r/min；

步骤4.2：设定钻削过程中的每次进给速度；

步骤4.3：按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；

在使用坐标镗床进行钻削加工深孔过程中，采用手动进给的方式，以避免由于材质和组织不均匀引起钻头折断；钻削时需要严格控制走刀速度，尽量向下用力均匀，入刀时避免用力过猛，以免折断钻头；

采用固体二硫化钼作为润滑剂，代替常规切削液进行润滑，防止积屑瘤的产生，提高钻头的使用寿命和加工效率；

钻削过程中，加工实际动作如图1所示，第一次钻削的进给深度为10mm（此深度与孔径无关），达到预定深度后，抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼，以有效防止积屑瘤的产生，提高深孔表面粗糙度；第二次钻削时，在第一次钻削的进给深度基础上再向下5mm，达到预定深度后抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼；这样持续钻削直到孔深达到40mm，再次钻削时每次进给深度为2mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；当钻削到孔深为70mm时，将每次钻削的进给速度改为0.5mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；

步骤4.4：加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束。

步骤5：清理残余铁屑；

每次退出时要把钻杆上的铁屑清理干净，钻头连续向前进刀，所施加的压力应保证钻头的切削刃一直在钻削，切勿使钻头停滞不前，打空转，以防止钻头对孔底部进行抛光而引起孔底硬化，如孔底硬化后还继续钻孔，将加速钻头磨损；

由于孔径过小，孔深过长，造成内孔积屑，因此通过硬管将压缩空气接入工件深孔开口处附近，抬起钻头后吹2~3下，将深孔内铁屑清理干净，本实施例清理积屑的硬管直径为φ8。

实施例2

选取锻件高温合金壳体，孔径为φ7，材料为GH625，孔长为80mm，选择型号为TG4145B的单柱坐标镗床进行深孔钻削加工，加工过程采用手动进给方式。

对上述高温合金材料壳体进行深孔钻削加工的方法，包括以下步骤：

步骤1：将高温合金材质壳体工件装夹到单柱坐标镗床TG4145B上。

步骤2：用中心钻A2/5在工件上钻一个定位孔，定位孔位置在深孔中心位置，保证钻出的定位孔小于φ7。

步骤3：用φ6.8标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向，导向孔长度为5mm，。

步骤4：用φ7长杆钻头进行深孔钻削加工，该长杆钻头总长比孔深长20mm；

本实施例的长杆钻头材质为W2Mo9Cr4VCo8，根据表1所示的深孔加工参数，用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：

步骤4.1：调整主轴转速，主轴转速保持400r/min；

步骤4.2：设定钻削过程中的每次进给速度；

步骤4.3：按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；

钻削过程中，加工实际动作如图1所示，第一次钻削的进给深度为10mm（此深度与孔径无关），达到预定深度后，抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼，以有效防止积屑瘤的产生，提高深孔表面粗糙度；第二次钻削时，在第一次钻削的进给深度基础上再向下5mm，达到预定深度后抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼；这样持续钻削直到孔深达到40mm，再次钻削时每次进给深度为2mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；当钻削到孔深为70mm时，将每次钻削的进给速度改为0.5mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；

步骤4.4：加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束。

步骤5：清理残余铁屑；

每次退出时要把钻杆上的铁屑清理干净，钻头连续向前进刀，所施加的压力应保证钻头的切削刃一直在钻削，切勿使钻头停滞不前，打空转，以防止钻头对孔底部进行抛光而引起孔底硬化，如孔底硬化后还继续钻孔，将加速钻头磨损；

由于孔径过小，孔深过长，造成内孔积屑，因此通过硬管将压缩空气接入工件深孔开口处附近，抬起钻头后吹2~3下，将深孔内铁屑清理干净，本实施例清理积屑的硬管直径为φ8。

实施例3

选取锻件高温合金壳体，孔径为φ5，材料为K4169，孔长为80mm，选择型号为TG4145B的单柱坐标镗床进行深孔钻削加工，加工过程采用手动进给方式。

对上述高温合金材料壳体进行深孔钻削加工的方法，包括以下步骤：

步骤1：将高温合金材质壳体工件装夹到单柱坐标镗床TG4145B上。

步骤2：用中心钻A2/5在工件上钻一个定位孔，定位孔位置在深孔中心位置，保证钻出的定位孔小于φ5。

步骤3：用φ4.8标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向，导向孔长度为5mm，。

步骤4：用φ5长杆钻头进行深孔钻削加工，该长杆钻头总长比孔深长20mm；

本实施例的长杆钻头材质为W2Mo9Cr4VCo8，根据表1所示的深孔加工参数，用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：

步骤4.1：调整主轴转速，主轴转速保持700r/min；

步骤4.2：设定钻削过程中的每次进给速度；

步骤4.3：按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；

钻削过程中，加工实际动作如图1所示，第一次钻削的进给深度为10mm（此深度与孔径无关），达到预定深度后，抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼，以有效防止积屑瘤的产生，提高深孔表面粗糙度；第二次钻削时，在第一次钻削的进给深度基础上再向下5mm，达到预定深度后抬起钻头，在钻头前端涂抹一遍二硫化钼；这样持续钻削直到孔深达到40mm，再次钻削时每次进给深度为2mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；当钻削到孔深为70mm时，将每次钻削的进给速度改为0.5mm，且每次钻削到预定深度后都抬起钻头，在钻头前端抹一遍二硫化钼；

步骤4.4：加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束。

步骤5：清理残余铁屑；

每次退出时要把钻杆上的铁屑清理干净，钻头连续向前进刀，所施加的压力应保证钻头的切削刃一直在钻削，切勿使钻头停滞不前，打空转，以防止钻头对孔底部进行抛光而引起孔底硬化，如孔底硬化后还继续钻孔，将加速钻头磨损；

由于孔径过小，孔深过长，造成内孔积屑，因此通过硬管将压缩空气接入工件深孔开口处附近，抬起钻头后吹2~3下，将深孔内铁屑清理干净，本实施例清理积屑的硬管直径为φ8。

Claims (5)

1.一种高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将高温合金材质壳体工件装夹到坐标镗床上；

步骤2：用中心钻在工件上钻一个定位孔；

步骤3：用标准钻头按定位孔的位置钻一个导向孔，以保证钻削深孔时的钻头走向；

步骤4：用长杆钻头进行深孔钻削加工，该长杆钻头总长比孔深长80mm以上；

所述用长杆钻头进行深孔钻削加工的具体步骤如下：

步骤4.1：调整主轴转速，待加工的深孔孔径越小，要求主轴转速越高；

步骤4.2：设定钻削过程中的每次进给速度；

步骤4.3：按照设定的进给速度开始钻削加工深孔，且每次钻削后，抬起钻头，在钻头前端涂抹润滑剂；

步骤4.4：加工至深孔工艺要求的孔深时，钻削结束；

步骤5：清理残余铁屑。

2.根据权利要求1所述的高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，其特征在于：所述步骤3中的标准钻头直径小于待加工的深孔孔径。

3.根据权利要求1所述的高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，其特征在于：所述步骤4中用长杆钻头进行深孔钻削加工是采用手动进给的方式。

4.根据权利要求1所述的高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，其特征在于：所述步骤4.3中的润滑剂采用固体二硫化钼。

5.根据权利要求1所述的高温合金材料壳体的深孔钻削加工方法，其特征在于：所述步骤5清理残余铁屑是通过硬管将压缩空气接入工件深孔开口处，抬起钻头后吹2~3下。