CN107243719B - 一种薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁加工方法，属于机械加工领域中结构元件的小孔径大长径比薄壁半盲及全盲内孔加工技术领域，所要解决的技术问题是提供一种能对薄壁半盲及全盲小深孔筒体进行稳态、有效加工的工艺方法，所采用的技术方案：一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法，按照以下步骤进行：第一步、加工中心定心找正，第二步、采用非标硬质合金内冷钻加工底孔，第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔，第四步、加工工件下端面，第五步、超声滚压光整加工孔壁；一种薄壁全盲小深孔筒体内壁加工方法与一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法相比省去第四步，本发明用于小孔径大长径比薄壁半盲及全盲内孔加工。
Description
技术领域
一种薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁加工方法，属于机械加工领域中结构元件的小孔径大长径比薄壁半盲及全盲内孔加工技术领域。
背景技术
典型薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构如图1、图2、图3、图4所示，薄壁筒体结构参数见表1。
表1典型薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构参数
由表1可知，内孔为薄壁半盲小深孔结构，每组加工要素的要求均很高，需要进行精加工。
根据以上图表分析，该结构的加工难点主要有两处：一是由于内孔为薄壁半盲小深孔结构，内径尺寸的公差0.052mm很小，形状公差圆柱度0.01mm很小，孔壁1mm很薄，因而加工很难保证尺寸公差、形状公差及孔壁变形；二是由于内孔为薄壁半盲小深孔结构，内孔表面粗糙度Ra0.8μm等级要求高，在半盲小深孔结构排屑不良的条件下，因而加工很难保证表面粗糙度等级。
现有技术对薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构的加工方法为通用机械加工技术，工艺路线为“深孔钻削+铰削+研磨”，其加工流程如图5所示，但是此加工流程存在以下不足：
1.1底孔加工精度不够
深孔钻削用于加工底孔，其加工的尺寸精度≤0.2mm、孔口易加工大、孔底易加工漂移(漂移量≤3mm)，这些因素的综合导致深孔钻削精度不足，底孔加工精度不够，给后续加工带来很多困难。
1.2孔壁易划伤
铰削用于内孔的精加工。由于半盲小深孔筒体结构，使得常规铰削排屑不畅，很容易导致孔壁被切屑划伤、挤伤。
1.3研磨加工缺陷很多
1.3.1研磨会形成硬质镶嵌层
研磨为离散磨料挤压切削加工，加工后的表面暗黑，会嵌入磨料形成硬质层，长时间摩擦运动后硬质层会剥落，形成硬质多余物，造成运动副卡滞、液压泄漏等问题。
1.3.2研磨一般形不成磨削网纹
研磨一般形不成磨削网纹，则形不成运动油膜，这是由于研磨轨迹所致。
1.3.3研磨加工一致性差
研磨加工效率低、一致性差、劳动强度高、环境及职业卫生条件差、对操作技能要求高。
1.3.4研磨难以保证半盲及全盲孔底表面粗糙度
研磨用于加工保证内孔表面粗糙度。由于小深孔筒体为半盲孔结构，而研磨只能适用于通孔结构，因而无法加工至半盲孔底部，因而无法保证孔底表面粗糙度。
1.3.5研磨会将孔口研大
原因在于一则研磨杆进孔时无法准确对正、均匀施力，再者研磨膏在孔口的堆积会造成孔口磨削量加大，而珩磨则不会产生此现象。
1.3.6研磨不能修正位置公差
研磨只能修正形状公差，对位置公差均只能维持，不能修正，即对圆柱度0.01mm不能进行修正调整。
1.4薄壁易变形
薄壁半盲小深孔筒体的壁厚仅有1mm，结构的静刚度不足，在钻削、铰削、研磨等机械加工过程中，在切削、挤压等作用下会导致孔壁变形。
面对以上加工缺陷，国内及国外对于薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构加工方法的研究都没有提及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能对薄壁半盲及全盲小深孔筒体进行稳态、有效加工的工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法，按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至孔底，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、加工工件下端面
1)将第三步后的工件松开并翻转，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)加工中心铣工件下端面；
3)钻下端面孔；
4)车成退刀槽；
第五步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
一种薄壁全盲小深孔筒体内壁加工方法，按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至孔底，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
本发明和现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明针对背景技术的缺陷，通过采取加工中心定心找正、非标硬质合金内冷钻加工底孔、非标硬质合金内冷铰刀加工成孔、超声滚压光整加工孔壁的复合加工措施，实现对薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁进行有效加工的目的，具体来说：
1)强制定心内冷却全盲小深孔成形加工技术
采取加工中心定心找正、非标硬质合金内冷钻加工底孔、非标硬质合金内冷铰刀加工成孔等综合工艺措施，实现了薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的定心、高精度加工，保证了内孔的尺寸公差、形状公差、位置公差。
2)径向小载荷薄壁全盲小深孔光整加工技术
采取超声光整加工工艺，利用其径向作用载荷小、无屑加工、表面粗糙度成形等级高的特点，在孔壁静刚度差的条件下，实现了薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的无变形稳态加工，保证了孔壁高表面粗糙度等级(表面粗糙度≤Ra0.8μm)。
此外，由于本发明可使薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工由难变易，因而可使本发明在薄壁半盲及全盲小深孔机械构件的内孔加工中大范围应用，本发明适用于薄壁半盲及全盲小深孔机械构件内孔(≤φ50mm，长度与直径比L/D(长径比)>5，内径与壁厚之比D/δ≥16)的加工。
二、本发明第二步中的非标硬质合金内冷加长底孔钻先反转慢下至深20mm处。能够使加长底孔钻在导向的情况下慢速进入底孔待加工部位，防止孔口、孔壁微小毛刺对加长底孔钻产生过大径向力而使其折断，之后开内冷却，改变切削速度加工至孔底，能够防止孔底排屑不畅，使得切屑挤压在孔壁、加长钻之间而使加长钻折断；
第二步中的非标硬质合金加长底孔锪钻先加工至距孔底8～10mm处，再改变切削速度加工至孔底，也是为了防止孔底排屑不畅，使得切屑挤压在孔壁、加长钻之间而使加长钻折断。
附图说明
图1为薄壁半盲小深孔筒体的一种筒体结构示意图。
图2为薄壁半盲小深孔筒体的另一种筒体结构示意图。
图3为图1带加工要求的示意图。
图4为图2带加工要求的示意图。
图5为现有技术对薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构加工的工艺流程图。
图6为本发明对对薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构加工的工艺流程图。
图7为本发明中非标超声滚压刀具的结构示意图。
图中，1为高频脉冲头，2为推杆，3为大长径比薄壁圆管，4为高频脉冲转换装置，5为外壳及夹持部分。
具体实施方式
实施例一
如图1、图3所示，一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法，按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用φ19.59短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用φ19.5非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将φ19.5非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将φ19.5非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至深150mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变φ19.5非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至深162mm孔底处，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2mm/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用φ20非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至深162mm处，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、加工工件下端面
1)将第三步后的工件松开并翻转，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)加工中心铣工件下端面；
3)钻下端面孔；
4)车成退刀槽；
第五步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
实施例二
如图2、图4所示，一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法，按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用φ11.59短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用φ11.5非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将φ11.5非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将φ11.5非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至深147mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变φ11.5非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至深159mm孔底处，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用φ12非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至深159mm处，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、加工工件下端面
1)将第三步后的工件松开并翻转，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)加工中心铣工件下端面；
3)钻下端面孔；
4)车成退刀槽；
第五步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法与一种薄壁全盲小深孔筒体内壁加工方法的区别在于，全盲小深孔筒体内壁省去第四步的下端面加工。
所述加工中心定心找正工作也可以用高精度数控车床或铣床来替代定心找正。
所述非标硬质合金内冷加长底孔钻、非标硬质合金内冷加长底孔锪钻均为定制钻具，同现有的钻具区别在于尺寸精确、长度加长、材质为非标硬质合金、并且开有送冷却液的内冷孔。
所述非标硬质合金内冷铰刀为定制铰刀，同现有的铰刀区别在于尺寸精确、材质为非标硬质合金、并且开有送冷却液的内冷孔。
所述非标超声滚压设备及刀具也为定制设备，同现有滚压设备及刀具的区别在于普通滚刀的内部为实心状态，无电驱动装置，滚压头用机械滚转挤压的大载荷方式加工孔壁；而超声滚刀的内部为空心状态，有高频脉冲转换装置，该装置用超声滚压电控箱提供动力，并通过高频脉冲装换装置驱动滚压头，用超声滚压/冲击的小载荷方式加工孔壁。非标超声滚压设备与现有滚压设备相比增加了控制高频脉冲转换装置的超声滚压电控箱。
本发明加工工艺流程的粗加工、调质及半精车外圆与现有技术中薄壁半盲及全盲小深孔筒体结构加工工艺流程的粗加工、调质及半精车外圆技术相同。
上述实施例是对本发明结构的解释而非限制，在不脱离本发明原理前提下所作的变形也在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种薄壁半盲小深孔筒体内壁加工方法，其特征在于按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至孔底，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、加工工件下端面
1)将第三步后的工件松开并翻转，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)加工中心铣工件下端面；
3)钻下端面孔；
4)车成退刀槽；
第五步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
2.一种薄壁全盲小深孔筒体内壁加工方法，其特征在于按照以下步骤进行：
第一步、加工中心定心找正
1)选取加工薄壁半盲及全盲小深孔筒体内壁的加工中心，保证加工中心主轴的径向跳动量和轴向跳动量均≤0.01mm；
2)采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
第二步、采用非标硬质合金内冷加长底孔钻加工底孔
1)加工中心铣工件上端面；
2)采用短底孔钻，加工深30mm的导向孔，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
3)采用非标硬质合金内冷加长底孔钻，钻削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔钻反转慢下至深20mm处；
b、开内冷却，将非标硬质合金内冷加长底孔钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
c、开内冷却，改变非标硬质合金内冷加长底孔钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
4)采用非标硬质合金内冷加长底孔锪钻，锪削加工底孔
a、将非标硬质合金内冷加长底孔锪钻加工至距孔底8～10mm处，切削速度50±2m/min，进给量200±10mm/min；
b、改变非标硬质合金内冷加长底孔锪钻的切削速度并加工至孔底，切削速度38±2m/min，进给量120～130mm/min；
第三步、采用非标硬质合金内冷铰刀加工成孔
采用非标硬质合金内冷铰刀，开内冷却，加工至孔底，切削速度19±2m/min，进给量60±10mm/min，留径向光整余量0.005～0.01mm；
第四步、超声滚压光整加工孔壁
1)在加工中心上，采用自定心三爪紧固工件，以工件外圆为基准找正，保证工件径向跳动量≤0.01mm；
2)采用非标超声滚压设备及刀具，光整加工成内孔，切削速度15-20m/min，进给量24-36mm/min，工作频率23-25KHz，输出功率200-300W。
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