深孔加工(DHM)…
…是一類由專為現有應用而設計的刀具所主導的加工領域。許多不同的行業都涉及到深孔加工,但應用最廣泛的是能源和航空航天業。起初某些深孔零件特征往往看似無法形成,但由專家們設計的非標刀具解決方案除了解決工序問題,也能確保它們在某種程度上以高效率和無差錯為特征予以執行。

對復雜孔的需求不斷增長,并且迫切需要縮短加工時間,這樣就促進了現代深孔加工技術的發展。數十年來,深孔鉆削都是一種采用硬質合金刀具的高效加工方法,但孔底鏜削作為瓶頸已開始不斷顯現。

現在,該加工領域取得成功通常基于混合使用標準和專用刀具元件,這些元件具有設計成專用深孔加工刀具的經驗。這些刀具配有加長的高精度刀柄,并且具有支撐功能和集成式鉸刀,再結合最新的切削刃槽形和刀片材質以及高效的冷卻液和切屑控制,就能在最高的穿透率和加工安全性下獲得所需的高質量結果。 

在深孔鉆削中,….
…. 1mm以下的小直徑孔采用硬質合金槍鉆加工而成,但對于15mm及以上的孔,一般采用焊接刃鉆頭,而對于25mm及以上的孔,則采用可轉位刀片鉆頭才能進行非常高效的鉆削。現代可轉位刀片技術和鉆管系統也為深孔加工提供了專用刀具的新可能性。

孔深超過10倍孔徑時,加工出的孔一般認為很深。孔深達300倍徑時就需要專門的技術,并采用單管或雙管系統才能進行鉆削。在漫長地加工至這些孔底部的過程中,需要專門的運動機構、刀具配置以及正確的切削刃才能完成內室、凹槽、螺紋和型腔的加工。支撐板技術是另一重要領域,在深孔鉆削中也至關重要,現在它作為深孔加工技術的一部分也進展頗大。其中包括適合此領域可提供更高性能的合格刀具。

工藝機會
現在的制造要求需要完全不同于深孔鉆削(隨后為后續單刃鏜削工序,通常不得不在其他機床上執行)的深孔加工解決方案。即使在多任務機床上,單一的裝夾也需要這種方法。比如,加工幾米深的孔,其孔徑約100mm,必須一端有螺紋,并且深入到孔中的內室具有較大直徑。通常,當鉆削完成時,在將零件移至車床上后,隨后通過鏜削工序將這些特征添加到孔中。現在深孔加工結合了一把刀具執行后續工序的能力,并且沒有機床調整限制。這種新刀具技術反而拓寬了其操作能力,從而能夠在更小的限制范圍內更高效地加工這些要求苛刻的特征。

采用深孔加工技術進行高效特征加工的一個例子是石油勘探零件。此類零件約2.5m長,具有一些復雜的特征,公差較小。要獲得小公差和優良的表面光潔度,刀具解決方案首先涉及鉆削直徑90mm的孔,然后采用浮動鉸刀進行精加工。接著到達1.5m的深度,對直徑115mm的孔進行擴孔和鉸削。另一分隔大約中途進入孔,然后也進行擴孔和鉸削,并通過倒角完成加工。最后,進行鏜削和擴孔形成兩個有倒角(也鉸削至成品尺寸)的內室。

常規加工時,在機床上完成此零件的時間超過30個小時。而配有專用刀具的深孔加工解決方案能將時間縮短至7.5個小時。

效率提升….

完全不同于多操作裝夾,采用深孔加工技術在批量較大時也能獲得生產效率提升。切削時間縮短80%也不足為奇。一個可以證明能力的例子是刀具和刀片設計方面的專有技術能夠最大化切削刃負載安全。在最佳數量的刀片上進行負載平衡和優化切削作用可允許更高的穿透率,從而縮短加工時間。在精度方面,小公差是深孔加工的專長,其中70%的孔具有同心內徑,典型公差0.2mm,直徑公差20微米。
 
正確的切屑形狀和大小以及有效的排屑對于成功的深孔加工(其實為深孔鉆削)而言至關重要。因此,符合要求的冷卻液和切屑管理就非常重要。這里的現代概念可以是當今可轉位刀片鏜削和車削刀具的一部分,也或是高壓冷卻液技術的一部分。可靠的切屑控制是刀片槽形發展不可或缺的一部分,其方向是限制連續的切屑形成和難加工材料的斷屑。
 
在許多情況下,難以加工的材料涉及正在制造的零件,不僅要求良好的切屑管理,而且刀具材料也應具有合適的加工能力。對于可預期的刀具壽命和基準切削參數來說,現代刀片材質至關重要,在切削不銹鋼、鈦和高溫合金時此類材質具有很出色的性能。

偏離中心線的深孔
孔鉆削時對刀具和應用專有技術要求很高的另一個例子是加工發電站發電機軸中非常深的孔。在這種情況下,發電業專家Generpro公司必須以與軸中心線不對稱的方式加工90噸的鍛鋼零件,其中孔接近5.5m長,直徑剛超過100mm。此類深孔必須偏離一定角度進行鉆削,并且退出時位置公差須在8mm以內。

鉆削方向、斷屑和排屑以及預加工軸絕對無廢品對此應用而言至關重要。該工具解決方案包括一個專用鉆頭和一個新型支撐板。在軸上應用之前需進行鉆削測試,其結果證實更高效可靠 – 并且退出位置在目標的2.5mm以內。  

在許多情況下采用現代孔加工技術表明加工時間大大縮短 – 從多個小時縮短至不足1小時 – 并且使很多復雜的特征也具有可加工性。 

插圖
 

圖1
進行深孔加工的零件首先需要鉆削非常深的孔,然后往往是各種復雜的特征加工。深孔加工取得成功通常基于混合使用標準和專用刀具元件,這些元件具有設計成非標刀具的經驗。此類基于T-Max 424.10型鉆頭的非標刀具是單管應用的一部分。
 

圖2
在深孔加工中,1mm以下的小直徑孔采用硬質合金槍鉆加工而成,但對于15mm及以上的孔,一般采用焊接刃鉆頭,而對于25mm及以上的孔,則采用可轉位刀片鉆頭在單管系統和Ejector雙管系統中才能非常高效地執行這些工序。  山特維克可樂滿深孔加工全球中心可為業內開發零件工藝提供開發、設計和測試資源。除了小批量應用之外,該中心還與諸多行業緊密合作,這些行業都需要更高的零件產出,且涉及到大量的高質量孔,例如熱交換器和鋼坯生產。
 

圖 3:
來自山特維克可樂滿深孔加工全球中心的專用深孔加工刀具帶來了適合此能源行業零件的非標解決方案。切削時間從30多個小時縮短至7個半小時。此非標刀具解決方案在整個相對復雜的孔內都可提供所需的小公差和表面光潔度。工藝包括一次深孔鉆削和采用浮動鉸刀進行精加工。隨后到達1.5m的深度,對直徑115mm的孔進行擴孔和鉸削。接著對另一個深入孔中的較短部件進行擴孔和鉸削,并形成倒角。最后,進行鏜削和擴孔形成兩個有倒角(也鉸削至成品尺寸)的內室。

圖4
采用山特維克可樂滿刀具鉆削發電機軸中5.5m深的孔。瑞典Generpro公司主要從事發電業,典型零件如重達90噸的鍛鋼工件。此類孔必須偏離一定角度進行鉆削,并保持小公差退出。
 

 

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