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枪钻在金属深孔加工的方法及应用

目前,带有小直径深孔的产品数目越来越多,按传统方法加工,只能采用接长麻花钻,每加工大约1~2倍直径的深度必须退刀排屑,不仅加工精度低、表面粗糙度差,加工效率低、操纵劳动强度大,质量难以保证,而且很轻易引起“堵屑”或折断钻头,造成更大的加工困难,因此,“大长径比小深孔加工”是困扰很多企业冷加工系统多年的困难,也是工艺职员和操纵者的一块“心病”。如作甚传统制造企业何解决好小直径深孔的加工,已成为迫在眉睫的课题。而枪钻在某传统制造企业的成功应用和推广,很好的解决了这个困扰企业多年的困难。
1.枪钻的工作原理
专业的枪钻系统由深孔钻机、单刃或双刃的枪钻及高压冷却系统组成(见图1)。枪钻柄部被夹持在机床主轴上,,钻头通过导引孔或导套进进工件表面,进进后,钻刃的独特结构起到自导向的作用,保证了切削精度。这时冷却液通过钻头中间的通道到达切削部位,并将切屑从排屑槽带出工件表面,同时对钻刃进行冷却和对背部的支撑凸台进行润滑,从而获良好的加工表面和加工质量。
1.1枪钻的结构
枪钻由钻刃、刀身、驱动柄三部分组成。
(1)钻刃
钻刃是整个枪钻的关键部分,其独特科学的组合结构保证在完成切削工作同时还起到自导向的作用, 可以通过一次贯串得到一个高精度的深孔。钻刃有两个基本度,可以根据被切削工件的材料及形式来选择最恰当的组合,以便于工作更好的平衡切削力和断屑,并将切削力传递给支撑凸肩,保证良好的直线度和同轴度。钻刃有很小的倒锥度并且直径较刀身略大,可以保证钻身可以在切削孔内自由旋转而不会磨擦孔内壁的切削表面,根据不同要求,刃部有单圆孔、肾型孔和双圆孔的通道同刀身的油道连接,高压的冷却液可以通过此通道到达切削点,并将切屑带出工件。
(2)刀身
刀身采用航天产业专用合金钢材并经热处理制成,刀身有110~165°的V型槽,高压切削冷却液经驱动柄、刀身油孔到达刃部后从此V型槽排出孔外,并将切屑带走,为保证切削的直线度和同轴度,刀身必须有足够的强度以便在较小的扭转变形下提供切削所需的扭矩,同时刀身也必须有足够的韧性,这样才能吸收刀身高速旋转产生的震动。

(3)驱动柄
驱动柄完全依照标准产业加工法的规定制造。其与刀身相接的颈部处有消除应力的光滑弧状凹槽以避免因应力集中而产生破坏,驱动柄为圆柱形,侧面一般加工有两个平面,供夹持套筒锁紧整个钻头本体。
1.2 高压冷却系统
高压冷却雾化装置是整个枪钻系统关键的一个系统,它在加工过程中起到润滑、冷却、排屑的作用。输进系统的压缩空气一部分驱动脉冲泵形成喷雾,另一部分空气连续驱动活塞泵,通过双路管线和高流量喷雾装置加压给切削液,将切削液输送至钻头切削区,被雾化后的切削液吸收切削区的热量,冷却、润滑枪钻刀头,并将切屑强制吹出工作物外。
2.枪钻的应用情况
由于该传统制造企业没有专用的枪钻机床,从经济效益角度出发,改造既要有好的效果,又要利旧,所以整个枪钻系统必须建立在应用现有的镗床和车床的基础上,而且该系统的应用不能破坏原机床的加工特性。经分析对比,终极选择在一普通镗床上安装枪钻系统。
2.1枪钻系统的安装和试切削
(1)主要工装:莫式锥柄夹持套筒一个,速比为1:3.81的主轴增速器1个。
(2)试切对象,均为45#调质钢,HB230~260的轴类零件。
(3)切削方式,采用工件固定,刀具旋转的方式。
(4)枪钻支撑轴肩类型的选择,根据试切对象的材质,选择了两组不同长度的R1型枪钻:一组为φ10的钻头4支(分为300、600、900、1200mm 4级);另一组为φ11的钻头3支(分为400、800、900、1200mm 3级)
(5)钻尖几何参数的选择。枪钻钻削主要决定于外刃角φ外、内刃角φ内及钻尖的偏心距。钻尖角2φ[2φ=180°-(φ外+φ内)],一般来说较硬的材料需要用较小的钻尖角,较软的材料则需用较大的钻尖角,无论钻尖角度如何,外刃角和内刃角的选用必须保证钻头在切削时的径向分力和主切削力能公道的作用在钻头的支撑区上,以便起到挤光孔表面的作用。切削刃的交点位置间隔钻头中心一般为1/4直径。根据硬质合金枪钻受力平衡分析,要求外刃径向切削力即是内刃径向切削力,但实际加工过程中很难保证。为了避免钻孔偏心,只有外刃径向切削力大于内刃径向切削力,才能使径向协力始终作用于待加工表面。
(6)引导孔的加工,在两种工件上分别预制一精度为φ10 、φ11 ,深度分别为5mm、5.5mm的引导孔后,分别加工了φ10×1165mm(300、600、900、1200mm 4级)、φ11×1150mm(400、800、1200mm 3级)的深孔。
(7)切削液,采用用高“EP”的油基水溶性冷却液,压力6~8Bar。
(8)切削参数,钻头完全进孔前,旋转速度v=30m/min,进给速度f=0.02mm/r;钻头完全进孔后,旋转速度v=45m/min,进给速度f=0.04mm/r 。
(9)切削分级,为保证孔径精度,须使钻杆支撑间隔与钻杆直径比不大于45[4],鼓取每钻削深度达直径的30倍时为一级,实际切削时,每级调整时间为1~3分钟左右,每级切削时间6~10分钟。
 

 

 

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