CN103658737A - 一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置及加工方法，该加工装置是在普通车床上加装用于装夹工件的付板、用于支撑刀具的刀杆导向支撑套和用于连接油压系统和刀具的连接结构，所述刀具为硬质合金深孔枪钻，其夹持安装在车床的三爪卡盘上，所述付板安装在车床的中托板上，所述刀杆导向支撑套安装在三爪卡盘与付板之间。与现有技术相比，本发明的金属铍单刃外排屑深孔加工方法，解决了现有金属铍深孔加工技术中存在的断屑和排屑、冷却和润滑、导向、钻偏等问题，从而有效提高铍的加工成品率，并成功的对所述金属铍材料进行长径比在50～150，孔径φ≤20mm的深孔进行机械加工，孔加工精度可达IT8级，表面光洁度可达Ra0.8。
Description
一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置及加工方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，特别是涉及一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置及加工方法。
背景技术
金属铍的机械加工性能主要决定于金属铍的力学性能，包括硬度、弹性模量、强度和塑性等，所有常规的机械加工方法都可对铍进行加工，例如车、铣、磨、刨、锸、镗、钻、铰、锯、攻丝等，其它的加工方法如电火花加工、电火花打孔、机械研磨和抛光、电化学腐蚀等也适用于铍的机械加工。但铍的机械加工存在两个很难解决的问题：一、由于铍的脆性和对缺口的敏感性，在机械加工铍时，当刀具离开或进入工件时，会出现棱边掉渣，甚至招致铍工件低应力脆断；二、铍对刀具磨损严重，很难保证加工精度，这是因为铍的机械加工是脆性加工，高硬度的碎屑对刀具的前面产生正应力，不断冲击刃口，使刀具冲蚀，而且粉末冶金铍中的细微铍粉（包括氧化铍）对刀具也起到研磨作用，刃口很快磨损，这对高速钢刀具更为显著。
目前，国内外对金属铍的机械加工技术研究更多的集中在对铍的机加工特性、铍机加损伤层和去除铍的机加损伤层，以及机加工铍时如何防护铍毒等问题上。而对如何解决铍的机加难题的报道所见甚少，究其原因，一、由于金属铍基本应用领域的敏感性，各国、各研究生产单位对有关的金属铍技术信息采取了严格的保密措施；二、铍与钢铁等传统金属（合金）材料相比，应用规模和领域十分有限，而铍相对的技术门槛很高，研究的风险很大；三、金属铍有毒，大多数研究单位不具备专门的研究生产设施，各国铍的研究，基本由少数几个单位承担。因此，铍的机加工难题一直没有得到很好的解决。
现有技术中，对于孔深和孔径之比≥20的深孔加工，需要在专用深孔钻削设备上用深孔刀具进行加工，该技术主要存在以下问题：1、断屑和排屑困难。深孔加工必须保证可靠的断屑和排屑，否则切屑堵塞会造成刀具损坏，致使切屑加工无法进行；2、无法有效的冷却和润滑。孔加工属于半封闭是切屑，摩擦大，产生的热量不易散出，工作条件差，但深孔加工时切屑液很难注入，必须采取有效地冷却和润滑措施；3、导向问题。由于深孔的长径比大，钻杆细长、刚性差易产生震动，导致钻杆偏斜而造成产品报废。金属铍的深孔加工难度还在于铍的切屑抗力大，是铸铁的2倍，更容易产生钻孔偏斜。上述问题导致对铍材进行小孔径、大长径比的深孔机械加工时，成品率很低，甚至无法加工孔径小于12mm、长径比大于50的深孔。铍是一种价格极昂贵的战略金属，2000年美国金属铍年终价格为492.00美元/磅，合1.09美元/克，相当于当年黄金价格的十分之一。若机加加工过程中的次品率过高，会使产品的成本更加惊人。因此，解决铍材深孔加工中存在的问题，设计适用于小孔径、大长径比的金属铍深孔加工方法，是十分必要和重要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种通过有效解决金属铍加工排屑和钻偏问题，从而提高加工成品率，实现对孔径小于12mm、长径比大于50的深孔进行加工的金属铍单刃外排屑深孔加工方法。
本发明另一目的在于提供上述金属铍单刃外排屑深孔加工装置。
为实现上述发明目的所采的技术方案为：
一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置，其特征在于在普通车床上加装用于装夹工件的付板、用于支撑刀具的刀杆导向支撑套和用于连接油压系统和刀具的连接结构，所述刀具为硬质合金深孔枪钻，其夹持安装在车床的三爪卡盘上，所述付板安装在车床的中托板上，所述刀杆导向支撑套安装在三爪卡盘与付板之间。
一种金属铍单刃外排屑深孔加工方法，其特征在于其工艺步骤为：
1）根据所要加工铍工件的尺寸和形状，加工用于工件装夹的付板，并将该付板安装在车床的中拖板上；
2）根据所使用车床和刀具，设计制作用于连接油压系统和刀具的连接结构，并将其安装在车床上；
3）根据刀具钻杆长度，在车床上安装刀杆导向支撑套；
4）将工件装夹在付板上，并在工件上加工出刀具引导孔；
5）将刀具通过连接结构与供油系统连接后，装入刀杆导向支撑套，随后装夹在车床的三爪卡盘上；
6）开启车床，将刀具钻头引入工件的刀具引导孔，开启供油系统，走到钻孔；
7）孔钻通后关闭供油系统，反向退出刀具后转动中拖板手柄，重复过程6），实现孔系加工。
上述钻孔时机床转速n≤320r/min，进给量f≤0.4/r。
与现有技术相比，本发明的金属铍单刃外排屑深孔加工方法，解决了现有金属铍深孔加工技术中存在的断屑和排屑、冷却和润滑、导向、钻偏等问题，从而有效提高铍的加工成品率，并成功的对所述金属铍材料进行长径比在50～150，孔径φ≤20mm的深孔进行机械加工，孔加工精度可达IT8级，表面光洁度可达Ra0.8。
附图说明
图1为本发明金属铍单刃外排屑深孔加工装置的结构示意简图。
具体实施方式
本发明金属铍单刃外排屑深孔钻削加工方法特别适用于对金属铍进行小孔径（φ12mm），大长径比（50-150）深孔加工。下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
1、根据所要加工的铍工件的尺寸和形状，加工用于工件装夹用的付板1。并将付板1安装在车床4（CA6140）的中拖板上，加工时通过移动中拖板改变钻孔位置，实现孔系的加工。
2、根据所使用的车床和刀具设计，设计制作供油系统与刀具7的连接机构5，并将其加装到车床上，用于加工过程中的冷却和排屑。深孔钻头钻杆部是中空结构，刃具前端有一出油小孔，外部有一纵向月牙凹槽，加工时高压油从钻杆后端注入，经刃具孔流出，将钻屑经月牙凹槽带出。
3、根据所要加工的孔深，选择钻杆的长度，并根据钻杆的长度加装合适的刀杆导向支撑套2，以防止因钻杆刚性差造成的加工中刀杆产生变形与振动问题。
4、装夹工件。
5、工件3在机床定位安装后，为减少机床主轴、刀具导向套、刀杆导向支撑套2等中心线同轴度误差，在三爪卡盘8上夹持硬质合金深孔枪钻7、铰刀，在工件上加工出刀具引导孔取代刀具导向套。
6、刃磨枪钻(硬质合金深孔枪钻)顶角，目的是减少轴向力，增加径向力。
7、将枪钻(硬质合金深孔枪钻)通过连接装置与供油系统联接后，装入刀杆导向支撑套2，三爪卡盘8中夹紧。
8、钻削时刀具(硬质合金深孔枪钻)旋转，工件不转（车床加工时，三爪卡盘夹持圆棒类工件，加工时工件随主轴旋转，本发明是将刀具夹持在三爪卡盘上，加工时刀具随主轴旋转，工件随拖板做进给运动）。为避免切屑过程中震动引起钻偏，机床转速取低速n≤320r/min，进给量f≤0.4/r。孔径越小，孔越深，则取小值。
9、机床开启后，将硬质合金深孔枪钻的钻头引入刀具引导孔，开启供油泵，挂纵向自动走刀，此时高压切屑液由硬质合金深孔枪钻钻杆上的120°V形槽和工件孔壁间的空间排出。
10、孔钻通后关供油泵。反向走刀退出钻头，停机，此时转动中拖板手柄，可改变工件与刀具间的位置关系，实现孔系加工。
11、加工完毕后，装卸工件。
12、清洗工件后，深孔加工完成。
13、拆卸相关装置又可恢复原车床的使用性能。
Claims (3)
1.一种金属铍单刃外排屑深孔加工装置，其特征在于在普通车床（4）上加装用于装夹工件（3）的付板（1）、用于支撑刀具的刀杆导向支撑套（2）和用于连接油压系统和刀具的连接结构（5），所述刀具为硬质合金深孔枪钻（7），其夹持安装在车床（4）的三爪卡盘（8）上，所述付板（1）安装在车床（4）的中托板上，所述刀杆导向支撑套（2）安装在三爪卡盘（8）与付板（1）之间。
2.一种金属铍单刃外排屑深孔加工方法，其特征在于其工艺步骤为：
1）根据所要加工铍工件的尺寸和形状，加工用于工件装夹的付板（1），并将该付板安装在车床（4）的中拖板上；
2）根据所使用车床和刀具，设计制作用于连接油压系统和刀具的连接结构（5），并将其安装在车床（4）上；
3）根据刀具钻杆长度，在车床上安装刀杆导向支撑套（2）；
4）将工件（3）装夹在付板（1）上，并在工件上加工出刀具引导孔；
5）将刀具通过连接结构（5）与供油系统（6）连接后，装入刀杆导向支撑套（2），随后装夹在车床（4）的三爪卡盘（8）上；
6）开启车床，将刀具钻头引入工件的刀具引导孔，开启供油系统（6），走到钻孔；
7）孔钻通后关闭供油系统（6），反向退出刀具后转动中拖板手柄，重复过程6），实现孔系加工。
3.按照权利要2所述的金属铍单刃外排屑深孔加工方法，其特征是：上述钻孔时机床转速n≤320r/min，进给量f≤0.4/r。
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