0 前（qián）言

      不鏽鋼閥體類零件中存在著非常複雜的孔（kǒng）係，其（qí）中的小深孔加工問題是困擾實際（jì）生（shēng）產的一（yī）大難題。小深（shēn）孔鑽削問題是一個長期困擾機械加工領域的難題，研究人員通過提高主軸（zhóu）轉速的手段來降低切（qiē）屑厚度，以降低切削力、減少鑽頭折斷（duàn）概率（lǜ），並取得了較好（hǎo）的加工效果。但由於加工（gōng）手段和刀具條件的限製，高速鑽削不鏽鋼等難加工材料（liào）時，無法解決切削發（fā）熱量大、加工硬化和刀具磨損嚴重等問（wèn）題，研究（jiū）人員曾得出了高速鑽削（xuē）技術不適用於難加工材料小孔加工的結論。隨著加工手段（duàn）的豐富和刀具製造技術的提高，出現了專門用（yòng）於不鏽（xiù）鋼小孔加工的高速內冷鑽頭，為不鏽鋼閥體零件小深孔高速鑽削加工提供（gòng）了條件。但由於高速鑽削加工的限製條件較多，國內外關於不鏽鋼小深孔高速鑽削的研究還非常少見。

      本文將在分析高速鑽削技術加工不鏽鋼小（xiǎo）深孔（kǒng）難點的基礎上，提出適應於（yú）不（bú）鏽鋼小（xiǎo）深孔高速鑽削的解決方法，並通過鑽削試驗對上述（shù）方法進行（háng）驗證（zhèng）。

      1 不鏽鋼小深孔高速鑽削的關鍵技術問題與解決措施

      不鏽鋼小深孔加工既屬於難加工結構加工問題，也屬（shǔ）於難加工（gōng）材料加工問題。相對於普通（tōng）小深孔鑽削， 高速鑽削加工不鏽鋼小深孔更加困難，主要體現在切削熱問題（tí）和排屑問題2 個方麵。

      （1）切削熱問題

      切削過程中，切削功的表現形式為切削熱；其他切削參數相同的情況下，切（qiē）削速度越高，單位時間消耗的切削功越多，單位時間發熱量也越大。單位時間發熱量

      由於材料強度高、切削速度快，不鏽鋼小深孔高速鑽（zuàn）削加（jiā）工時發熱量極大。由於鑽頭在半封閉的環（huán）境下工作，切削熱（rè）很難散失。如果不能（néng）采取有效手段將切削熱排出孔外，孔內會因切削熱積累產生極高的溫度；高溫下鑽頭發（fā）生退火，強度和耐磨（mó）性能迅速下降，切削能力急劇降低；隨著溫度升高，黏結磨損（sǔn）和（hé）擴散磨損成為刀具（jù）的主要（yào）磨損（sǔn）方式，鑽頭使用壽命大幅降低。

      工程實踐（jiàn）中通常采用切削液來解決切削熱問題。對於小直徑深孔鑽削（xuē）加工，很難從外部將切削（xuē）液注入切削區， 隻能使（shǐ）用帶有（yǒu）內冷結構的鑽頭解決。

      假設鑽削過程中切削熱完（wán）全、均勻地傳遞給（gěi）切削液，切削區溫度與切削液溫（wēn）度一致，則切削熱總量

      由式（4）可知，要（yào）維持切削（xuē）區溫升不變，切削液的流量（liàng）La需與切削速度vz成（chéng）正比。若ΔT 為特（tè）定數值（zhí）時（shí），可以計算得到切削液流量（liàng）。由於鑽頭截（jié）麵形狀（zhuàng）複雜（zá），將鑽（zuàn）頭與孔作為整體考慮，由（yóu）流體力學知識，要達到所需流量La，切削液（yè）的供液壓力

      （2）排屑問題

      排屑問題是小（xiǎo）直徑深孔鑽削加工（gōng）中的普遍難（nán）題。由於小鑽頭螺旋槽淺、排屑困難，小深孔鑽削加工時經常會出現切屑堵塞問題。高速鑽削時切削速度高，切屑產生速度也隨之增加，排屑問題（tí）更加突出；由於不鏽（xiù）鋼材料強度和韌性好，產生的切屑不易折斷，進一（yī）步增（zēng）加（jiā）了排屑難度。大量切屑堆（duī）積在孔（kǒng）內很容易卡死鑽頭，造成（chéng）鑽頭（tóu）折斷（duàn）。

      要解決小深（shēn）孔高速鑽削的排屑（xiè）問題（tí），一種途徑是（shì）采用步（bù）進鑽孔的方法，通過鑽頭反（fǎn）複回退將切屑帶出（chū）孔外；另一途徑是使用大流量的切削液將孔內堆積的切屑強（qiáng）行（háng）排出孔外。步進鑽孔（又稱啄式鑽孔（kǒng））， 是在鑽削過（guò）程中通過鑽頭周（zhōu）期性地回退來實現排屑和冷卻鑽（zuàn）頭的（de）一種鑽削方式。大量試驗證明步進鑽削是一種（zhǒng）非常有效的小（xiǎo）深孔加工手段。但是，由於鑽頭（tóu）反複（fù）回退需要消耗大量時間，加工效（xiào）率偏低。使用切削液強行排屑的方法與解決切削熱問題的方法一致（zhì），可以（yǐ）實現解決方（fāng）法的統一。切削速度為vz時切屑生成速度（切屑流動速（sù）度）

      式中ξ———切屑變（biàn）形係數。

      要使切削（xuē）液能夠強行帶走（zǒu）切屑，切削液的流速（sù）需遠大（dà）於切屑生成速度。假定切削（xuē）液的（de）流速va需要達（dá）到切屑（xiè）生成速度的n 倍時才能達（dá）到強製排屑的作用。若鑽頭兩螺旋槽橫截麵積和為A，則即強製排屑所需切削液流量也與切削速度成正比。

      綜上（shàng）所述，要使高速鑽削順（shùn）利進行，切削液的流量、壓力必須同時滿足散熱和排屑兩方麵的要求。由於與流量相關的多個參數無法通過測量或計算方（fāng）法得到，下麵將通過切削試驗，結合機床（chuáng）的實際情（qíng）況選取。

      2 不鏽鋼小深孔高速鑽削（xuē）試驗

      由於小深孔鑽削（xuē）過程中的切削熱（rè）無法直接測量， 試（shì）驗中利用鑽頭的磨（mó）損來（lái）間接表示切削熱情況。

      切削（xuē）試驗在2 台MAZAK VCN510C 型立式加（jiā）工（gōng）中心上進行，其中1 台經（jīng）過改造，冷卻泵最大額定壓力提高至15 MPa。

      分別使用普通麻花（huā）鑽頭和高速內冷鑽（zuàn）頭在易切削不鏽鋼（gāng）材料（liào）上加工直徑2.5 mm 深80 mm 的孔（kǒng），加工參數如表1 所示。

      使用普通麻花鑽頭加工時， 在高速鑽削條件下，切屑很快便將鑽頭卡死造成鑽頭折斷（duàn）。因（yīn）此使用外冷卻切削液無法實現高（gāo）速切削。改用低速加工參數加工時，由於堵屑嚴重，加工過程中必須頻繁退刀排屑。加工過程每進（jìn）給（gěi）1 mm 需要退刀排屑一次， 每孔（kǒng）加工時間約（yuē）2 min。平（píng）均（jun1）每支鑽頭可加工150 個孔。

      使用高速內冷鑽頭在未改造的加工中心上加工（gōng）時，堵屑問題仍然非常嚴重（chóng），加工過程中仍需頻繁退（tuì）刀排屑。每孔加工時間幾乎與使用普（pǔ）通麻花鑽時相同。

      使用高速內冷鑽頭在經過改造的加工中心上加工時，未出現堵（dǔ）屑問題，加工可直接鑽通，中途不用退（tuì）刀。每孔加工時間約（yuē）30 s（包括（kuò）輔助時間）。平均每支鑽頭可加工（gōng）800 個（gè）孔。從壓力表示數可（kě）以看出，冷（lěng）卻泵（bèng）的輸出壓力始終維（wéi）持在10 MPa 以上，說明高壓（yā）冷卻泵的流量能夠滿足該孔高速鑽削要求。

      從上述試驗可以看出， 在（zài）使用普通麻花鑽（zuàn）、外冷卻液（yè）的條件下，由於切削過程中（zhōng）產（chǎn）生的大量切屑無法排出，很容易卡死鑽頭造成鑽頭折斷，無法（fǎ）實現高速鑽削。在使用外冷卻方式時，由（yóu）於切削液無法深入孔內，切削熱很難散失，鑽頭磨損比較嚴重；由於鑽頭容屑空間小、切屑不易（yì）折斷等原因（yīn），堵屑問題也非常嚴重。在低壓內冷卻液條件下（xià），堵屑問題仍然無法解決，仍然無法實現高速（sù）鑽削。在高壓（yā）內冷卻液條（tiáo）件下，堵屑問題得到（dào）解決，切削液帶走切屑的同時也將（jiāng）切削熱帶出孔外，切削熱問題也隨之解決，加工效率（lǜ）顯著提高。

      3 結語