在實際生產中一般將不使用輔助排屑措施，鑽具一次走刀就能鑽進的深度稱（chēng）作淺孔，否則稱（chēng）為深（shēn）孔。一般來說（shuō）深孔的長徑比L/D≥10。由於孔深和孔徑的限製導致（zhì）走刀和刀（dāo）具切削情況不能直接被觀察，且有排（pái）屑不便（biàn），切削熱不易散發（fā），鑽杆（鏜杆（gǎn）） 剛性和強度差，刀具切削（xuē）工（gōng）作條件不良（liáng），易產生切削振動及深孔（kǒng）中心彎曲和走刀偏斜等缺點。因此深（shēn）孔加工必須（xū）選用合（hé）理（lǐ）的機床及刀（dāo）具，配以（yǐ）一定壓力的流動切削液，適當的工件導向及支（zhī）撐，合理的切削液壓力及刀具（jù）支撐，並且（qiě）要合理製定加工工藝。

      當前大口（kǒu）徑深孔加工所采用的（de）技術為先用小直徑深孔鑽鑽孔，然後多次擴（kuò）孔加工（gōng）成形，該（gāi）工藝效（xiào）率很低，尤其對於大口徑內孔，采用該方法時芯部高純度高價值的合金（jīn）材料將完全被加工成切屑，材料（liào）利用（yòng）率很低，而若能采用大口徑套料刀將工件芯部直接套出，不僅可以縮短加工時（shí）間，而且芯部材料經調質後還可（kě）重新利用，如此將極（jí）大提高原料利用率。

      1 運（yùn）動及排屑方式的（de）選擇

      1.1 深孔加工運動（dòng）方式

      深（shēn）孔加工的運動方（fāng）式有三種（zhǒng），分別是： （1）工（gōng）件與（yǔ）鑽杆（鏜杆） 分別做相反（fǎn）方向轉（zhuǎn）動（dòng），同時鑽杆進給（gěi）； （2） 工件轉動，鑽杆（鏜杆） 做進給運動； （3） 工件不（bú）動，鑽杆（鏜杆） 轉動及進給。不同的運（yùn）動方式所加工深孔的直線度及其對基準軸線的走刀精度各不相同。第1 種方式加工孔（kǒng）的直線性精度（dù）最高，走刀偏斜最小，隻用於硬質合金刀具的高（gāo）速切（qiē）削，生產效（xiào）率（lǜ）高，但對鑽杆的（de）要（yào）求及機床尾部的運動機構要求較高；第（dì）2 種方（fāng）式加工出來的孔直線（xiàn）性較好（hǎo），適用於大口徑深孔加工；第3種方式加工的出來的孔質量不高，而且切削剛性相對較差。

      常用通孔加工進給方法（fǎ）有： （1） 從工件（jiàn）一端進給，一次裝卡加（jiā）工（gōng）全長； （2） 從工件兩端進給，兩次（cì）裝卡，調頭切削或（huò）者一次裝卡中（zhōng）間接（jiē）刀。當工（gōng）件長徑比大於70 時，從一端進給有可能會導致加工狀況嚴重惡化（huà）從而產生很大的偏心，而兩端進給相當於減少一半的（de）長徑比，但在中間接刀位（wèi）置（zhì）會有一定量的錯位（wèi）。

      1.2 深孔加工的（de）排屑（xiè）

      在深（shēn）孔（kǒng）加工過程中，要保證連續切削的基本條件是將切屑及時排離切削（xuē）區，切屑通過切削液的流（liú）動及壓力排出。按照不同的切屑及切削液回路可分（fèn）為外排式和內排式。

      1.3 運動及排屑方式的（de）選擇

      通過（guò）分析本單位實（shí）際情況，決定采（cǎi）用外（wài）排屑方式，由機座主軸帶動工（gōng）件旋（xuán）轉、套料杆固定，並在兩端套料的加工方案（見圖1）。

      2 計算

      本文以某產品（pǐn）坯（pī）料為例，具體介紹加工參數的計算方法（fǎ）。

      該工件為覫900 mm×10 000 mm 鍛件圓柱體，成品內孔尺寸為覫630 mm×10 000 mm，工件的抗拉強度σb≥515 MPa，屈服強度σs=0.4σb=206 MPa。粗加工采用外徑覫610 mm，刀寬為52.5 mm 的整體式刀頭，刀頭與鏜杆以方牙螺（luó）紋配合連接。機床主軸（zhóu）電機功率100 kW，轉速1 500 rpm；主軸箱轉速（sù）1~63 rpm，最大加工深度20 m；卡盤卡爪最大夾持直（zhí）徑覫1.5 m，進給電機功率50 kW，進給範圍0.5~250 mm/min；鑽杆外徑覫580 mm，內徑覫540mm。

      2.1 主切（qiē）削力（lì）計算（suàn）

      主切（qiē）削力（即切向分（fèn）力）

      2.5 進給功率計算

      由（yóu）公式P 進給=Fv 和v=fn 推得進給功率

      2.6 切（qiē）削液流量計算

      根據經驗一般切削（xuē）液（yè）的流速應為（wéi）切屑流速的（de）5~8 倍，切削區切削液的（de）流速一般為8~15 m/s，回流速度一般為≥5 m/s，由流（liú）速、流量與（yǔ）積液腔截麵積的關係可知（zhī）切削液流量

      Q=VS……………………………………(6)

      式中，V—切削液流速（m/s）；S—橫截麵積（m2）。分別取：V1=10m/s、15m/s，S=0.011 253 76 m2

      可算得

      Q1=10×0.011 253 76=0.113 m3/s

      Q2=15×0.011 253 76=0.169 m3/s

      2.7 油箱（xiāng）容積計算

      根據經驗公式

      V 油箱≥10Q+6×≥管路容積≥……………（7）

      可初步算得

      V1≥95 m3

      V2≥127 m3

      3 現有機床改進

      經過計算和現場實測發現現有機床在切削和進給以及（jí）空間尺寸範圍內能（néng）夠滿足加工要求，但是切削液箱和泵容量不能滿足要求，因此需要增加切削液箱體容積，並重新布置泵及進油管位置。同時因沒有現成的鑽杆，所以需要另外設計鑽杆及其與機床進給箱的連接法蘭。

      3.1 工（gōng）作泵選取

      根據前麵所（suǒ）計算的切削液流量來選取（qǔ）工作泵型式為三螺杆泵，規格：5300-46，工（gōng）作壓力：0.5MPa，流量：3 445 l/min，電機型號：Y2280S-6，電機功率：45 kW。

      當切削液流速V=10 m/s 、流（liú）量Q1=0.113 m3/s時，采用兩台泵並（bìng）聯；當切削液流速V=15 m/s、流量Q2=0.169 m3/s 時，采用三台泵並聯。

      3.2 鑽杆（gǎn）選取

      鑽杆用熱拔無縫鋼管製成。確定鑽（zuàn）杆為覫600 mm×60 mm、長度約6 m 的無縫（féng）鋼管（guǎn），材質42 CrMo，調質硬度280~320 HB。

      3.3 與（yǔ）機床聯接方式

      套料杆選用無（wú）縫鋼管（guǎn），在無縫鋼管（guǎn）前段焊接刀（dāo）體，在無縫鋼管後端焊接變徑法蘭，通過變徑（jìng）法蘭與機床法蘭相連，變徑法蘭以鍵定位，螺釘固定（見圖2）。

      3.4 進油方（fāng）式

      方式一：在（zài）機床滿足切削液壓（yā）力的情況下，由機床進油管直接進油。

      方式二：若機床不能（néng）滿足切削液壓力，在變徑法蘭上開（kāi）螺紋孔，直接泵進（jìn）油。

      3.5 芯棒固定

      本加工方（fāng）案是分兩端先後進行套（tào）料，一端套料到指定深度後調頭在另（lìng）一端繼續套料（liào），這（zhè）時須對先套料的（de）一端的芯棒進行固定（見圖3）。

      3.6 芯棒取出

      由於本方案中套取的芯棒直（zhí）徑和長度比（bǐ）較大，為保證加工過程中（zhōng）的刀（dāo）具安全，所以需要設計芯棒（bàng）的取（qǔ）料方案。

      （1） 中心環帶厚度計算

      在加工到兩端（duān）即將貫通時，為（wéi）保證刀具的安全退出，必須（xū）在（zài）工（gōng）件中部留有一段中心環帶，由中心環帶受力（見圖（tú）4）。

      （2） 芯棒的取出方案（àn）

      由於本方案套料沒有將（jiāng）工件鑽透，因此芯棒的取出須分兩步，第一步是破壞中心環帶，第二步是將芯棒從工件中移出（見（jiàn）圖5）。

      首先需將（jiāng）工件固定，固定方式如圖所示，然後用鋼絲繩聯接起吊螺栓經過滑輪由天（tiān）車將芯棒直接（jiē）拉出。

      該力學模型可簡（jiǎn）化為圓板在中心（xīn）處受（shòu）集中載荷作用，外周界麵剛性固定，查閱機械設計手（shǒu）冊可知徑向應力公式為：

      已知：圓環外半徑R=0.305 m。

      取中心帶（dài）環厚度h=0.01 m，拉力p=50 000 N時，計算可（kě）得（dé）

      σr=1 416.58 MPa。

      因工件的（de）抗拉強度σb 為515 MPa，所以拉應力σr≥σb，即在拉（lā）力（lì）為（wéi）5 t 時，中心帶環可被拉斷。再取中心帶環厚度（dù）h=0.01 m，拉力p=20 000N，計算可得（dé）σ=566 MPa。

      則拉應力σr≥σb，即在拉力為（wéi）2 t 時，中心帶環（huán）也可被拉斷。

      根據上述計算，建議（yì）將中心環帶的厚度保留在5~10 mm 之間，最（zuì）大不超過15 mm，在這種情況下，可以用較小（xiǎo）的力將芯棒從工件中直接拉出。

      4 工藝對比

      4.1 改進前後加工效率

      （1） 改進後加工效率

      加上（shàng）一倍輔助換刀時間總計約32 h 即可完成套（tào）料加工（gōng）任務。

      （2） 改進前加工效率

      改進前采用先鑽孔後擴孔的（de）工藝方式，先用總共七次走刀加工，每次走刀加輔助用時約為24 h，因此總用時約為180 h。

      可見改（gǎi）進前（qián）加工所需時間是改進後加工所需時（shí）間的6 倍。

      4.2 改進前後原料利用率

      （1） 改進前

      坯料原體積V=π×0.452×10=6.37 m3切（qiē）除材料體積V1=π×0.3052×10=2.92 m3原料利用率

      可見，改進後的原料利用率比原工藝提高了31.4%。

      5 結語（yǔ）

      實際應用表明該工藝方法不僅能大幅提高大孔徑深孔的（de）加工速度和原料利用率，生產效率高，能有效降低（dī）生產成本，而且對同（tóng）類型工件加（jiā）工具（jù）有指導意（yì）義，值得（dé）推廣普及。