（机械工程专业论文）轧机平衡块深孔加工的工艺研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 在现代机械加工过程中，深孔加工约占孔加工总数的4 0 ，并且深孔加工的技术问 题往往是机械零部件加工的技术瓶颈，因此，研究改善深孔加工技术对推动机械加工技 术进步、解决生产实际难题具有十分重要的意义。本课题针对鞍钢重型机械有限公司转 炉轧机上平衡块的气缸孔、超细长孔两类深孔的加工技术开展研究。 轧机平衡块在设计上具有以下特点：材质为4 2 c r m o ，可焊性差，孔多，壁薄，易变 形。该平衡块机械加工的难点主要集中表现在两类深孔的加工上。第一类为气缸孔，孔 深，孔壁薄，尺寸精度与形位公差要求高，粗糙度要求高；另一类是超细长孔，孔长， 长径比l d 远远大于5 ，直线度要求高，粗糙度要求高。 本文结合生产实际，首先分析了两类孔各自的技术要求和特点，通过对两类深孔以 前加工方法的理论分析与加工实验，分析研究原来加工方法存在的不足，确定了适合加 工两种孔的不同加工方法和加工参数，并成功应用于生产实际。第一类气缸孔，通常是 采用单刃镗刀，但是加工出孔的粗糙度高，直线度偏差也很大，经过理论分析与实验加 工，通过选择合适的切削参数和切削液，利用浮动镗刀完成气缸孔的加工。第二类超细 长孔，通常采用接长麻花钻加工此类孔，但是加工出孔的粗糙度高，直线度偏差严重超 差，经过理论分析与加工实验，设计制作了专用的深孔加工刀具，通过选用合适的切削 参数和切削液，使此类孔的加工完全达到技术要求。针对平衡块气缸孔、超细长孔加工 技术的研究和改进，解决了公司生产实际难题，取得了较好的经济效益。同时，对于类 似的深孔加工也具有一定的参考价值。 关键词：深孔加工：切削刀具：切削参数 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 r e s e a r c ho fd e e ph o l em a c h i n i n gt e c h n o l o g y f o rt h eb a l a n c e db l o c k so n r o l l i n gm i l l a b s t r a c t i nt h em o d e m m a c h i n i n gp r o c e s s e s ，t h er a t i oo fd e e ph o l em a c h i n i n ga c c o u n t sf o ra b o u t 4 0 o ft h et o t a ln u m b e ro fh o l em a c h i n i n g ，a n dd i f f i c u l tp o i n t so ft h ed e e p - h o l ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g ya r eo f t e nt h eb o t t l e n e c ko fm a c h i n i n gt e c h n o l o g i e sf o rm a c h i n ep a r t s t h e r e f o r e ，i t i so fg r e a ts i g n i f i c a n c et or e s e a r c ha n di m p r o v ed e e ph o l em a c h i n i n gt e c h n o l o g yi no r d e rt o p r o m o t et e c h n o l o g i c a lp r o g r e s sa n ds o l v et h ep r a c t i c a lp r o b l e m so fp r o d u c t i o n t h et o p i co f t h i sp a p e rf o c u s e so nt h em a c h i n i n gt e c h n o l o g yo ft w ok i n d so fh o l et h a ti n c l u d e st h ec y l i n d e r h o l e sa n dt h es p e c i a ld e e p - h o l eo nt h eb a l a n c e db l o c k so fr o l l i n gm i l lf o ra n g a n gh e a v y m a c h i n e r yc o l t d t h eb a l a n c e db l o c k so fr o l l i n gm i l la r eo ft h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ：m a t e r i a l sf o rt h e 4 2 c r m o ，p o o rw e l d i n gp e r f o r m a n c e ，m a n yh o l e s ，a n dt h i n w a l l e d ，e a s i l yd e f o r m e d t h e d i f f i c u l t yo fb a l a n c i n gb l o c km a c h i n i n gm a i n l ym a n i f e s t e di nt h ep r o c e s s i n go ft w ot y p e so f d e e ph o l e s t h ef i r s tk i n do fh o l ei sac y l i n d e rw i t hl a r g ed e p t h ，v e r yt h i nw a l la n dh i g h d i m e n s i o n a la c c u r a c ya n dg e o m e t r i ct o l e r a n c ea sw e l la sl o wr o u g h n e s s a n o t h e rk i n do fh o l e i su l t r a - f i n el o n gh o l et h a tt h er a t i oo fl di sm u c hl a r g e rt h a n5 ，l o wr o u g h n e s s ，h i g h s t r a i g h t n e s sr e q u i r e m e n t t h ep r o j c o ti nt h i sp a p e ri sf r o mt h ea c t u a lp r o d u c t i o n f i r s t l y ，i ta n a l y z e st h e i r r e s p e c t i v et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n df e a t u r e so ft h et w ok i n d so fh o l e t h r o u g ht h e t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dp r o c e s s i n go fe x p e r i m e n t su s e dt h ep r o c e s s i n gm e t h o d sb e f o r e ， a n a l y s i so fs h o r t c o m i n g si nt h eo r i g i n a lp r o c e s s i n gm e t h o dh a sb e e np r e s e n t e dt oi d e n t i f yt h e s u i t a b l ep r o c e s s i n gm e t h o d sa n dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sf o rt h et w ok i n d so fh o l e ，a n dt h e a p p r o a c hr e s u l t sh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di np r a c t i c a lp r o d u c t i o n t h ef i r s tk i n do fh o l e i sac y l i n d e rh o l eu s u a l l yu s e ds i n g l e - e d g e dc u t t e rb o r i n g ，b u tt h e r ea r eh i g hr o u g h n e s sa n d s t r a i g h tl i n ed e v i a t i o n b ys e l e c t i n gt h ea p p r o p r i a t ec u r i n gp a r a m e t e r sa n dc o o l i n gf l u i d ，t h e n e w p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yb yu s i n gaf l o a t i n gc y l i n d e rh o l eb o r i n gt o o lh a sb e e na p p l i e dt o c o m p l e t et h ep r o c e s s i n gw i t hh i g ha c c u r a c y t h ea n o t h e rk i n do fh o l ei st h eu l t r a - f i n el o n g h o l ed r i l l e db yu s i n gt h el o n gt w i s td r i l lt r a d i t i o n a l l y ，a n dt h e r ei sm a i np r o b l e mi nr o u g h n e s s a n ds t r a i g h tl i n ee r r o r s t h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a la p p r o a c h ，t h ed e s i g no f t h ed e d i c a t e dd e e p h o l ed r i l lb i tp r o c e s s i n gh a sb e e nm a d e b yt h ea p p r o p r i a t ec h o i c eo f c u t t i n gp a r a m e t e r sa n dc u r i n gf l u i d ，t h ep r o c e s s i n gr e q u i r e m e n to ft h i sk i n do fh o l ef u l l y i i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 m e e t st h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s t h er e s e a r c ha n di m p r o v e m e n to fp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yf o r t h ec y l i n d e rh o l ea n dt h eu l t r a - f i n el o n gh o l es o l v et h ec o m p a n y sa c t u a lp r o d u c t i o np r o b l e m s ， a n dg o o de c o n o m i cr e s u l t sh a v eb e e na c h i e v e d a tt h es a m et i m e ，f o rt h es i m i l a rd e e p - h o l e p r o c e s s i n gt h et e c h n o l o g yp r e s e n t e di nt h i sp a p e ra l s oh a sac e r t a i nr e f e r e n c e v a l u e k e yw o r d s ：d e e ph o t em a c h i n i n g ；c u t t i n gt o o t ；c u t t i n gp a r a m e t e r s i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处。本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：轧机平衡块深孔加工的工艺研究 作者签名： 獭誊 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名 导师签名 ：獭谚 ：趔 日期：兰! 年三月三日 日期：阜年兰月上日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 本文的研究课题来源于鞍钢重机公司承揽制作的宁波建龙钢铁公司炉卷精轧机牌 坊内平衡块的加工。该产品的主要加工难点是两类高精度深孔的加工：一类孔是巾1 8 0 深孔，内部要安装气缸，简称气缸孔；一类是巾1 0 、由1 4 、咖2 0 细长孔，简称超细长孔。 二者的尺寸公差、形位公差，粗糙度要求比较严格。如图1 1 、1 2 平衡块装配图所示， 气缸孔内部装有气缸或液压缸、密封圈等精密贵重件，怕磨损，不允许与之接触的孔表 面有半点毛刺和粗糙处，尺寸精度也要求高，否则气缸孔密封不好或配套件安装困难； 超细长孔通常是油气润滑用孔( 有的内部装有精密的、贵重的油气分配器) ，要求孔的 表面粗糙度必须低，不得有一点划痕，长孔还要与另一侧的孔相通，这就要求孔的直线 度要好，否则两孔就无法相过。此类产品是安装在轧机牌坊中，更换比较困难，若此产 品出现质量问题，整个轧机生产线就会停产，后果不堪设想，可见此类产品非常重要。 轧机分粗轧机、精轧机和平整机组，每个轧机都有牌坊起固定作用，每个轧机均有 支承辊和工作辊，它们分别是通过支承辊轴承座和工作辊轴承座与牌坊固定联接，工作 辊轴承座与牌坊的联接固定是通过平衡块实现的，每个轧机上有四个平衡块，它们分别 是：操作侧出口平衡块、传动侧出口平衡块、操作侧入口平衡块、传动侧入口平衡块， 平衡块的规格由设计者决定，一般分为四孔和二孔两种，孔的大小在咖1 6 0 - 咖2 4 0 之间， 按孑l 的加工难易程度分，可分为直孑l 和阶梯孔。平衡块的工作压力为1 6 m p a ，实验压力 为1 2 4 m p a ，保压为1 5 分钟。 鞍钢重机公司是一个重型机械加工制造装配企业，主要是各种零部件的机械加工制 造及成套设备的加工制造。该公司曾在以前开发研制过平衡块的加工，以失败告终。此 次又做为开发研制的课题，是为扩大制造加工产品的范围，提高公司在激烈的市场竞争 中竞争力。本课题针对两种孔的特点不同，从加工方法和刀具选择上下功夫，在生产实 际中研究摸索深孔加工方法和加工技术参数，解决研制过程中的技术难题，同时为其它 类似零件孔的加工积累了一定的实际经验。 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 1绪论 1 1 深孔加工的重要性 孔的加工在机械加工中占据了重要的位置，加工方法也很多，越来越先进，正在向 精密加工和超精密a n - r 方向发展，有的精度己达到纳米级。深孔加工是一种难度较大的 技术，到目前为止，仍处于不断改进、提高的阶段。 本课题属机械工程研究领域，研究的对象是炉转轧机平衡块的加工问题，它是当今 世界上各大钢铁公司轧机上的重要部件，是不可缺少的，鞍钢重机公司在此方面的加工 还是个空白，我国已有这方面的加工经验，但还不够完善，应用也不够广泛，两种深孔 的加工是该新产品的加工难点，所以本课题的要求是研究出能够达到设计要求的加工方 法。 该产品的结构特点是，如图1 3 平衡块剖视图( 1 ) 、图1 4 平衡块剖视图( 2 ) 所示： 该件产品的孔多，每个孔都是盲孔，对于粗孔来说，加工余量大，孔深，所有的超细长 孔，在滑板面均有小孔与之相通，孔的粗糙度要求高，每个深孔的设计都有它的必要性， 下面进行具体分析。 图i 1 平衡块装配图( 1 ) f i g 1 ib a l a n c e db l o c ka s s e m b l yd r a w i n g ( 1 ) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 n 匕2 竺坚! 翻杰2卜滢 o 圣 零窿 套霹熟； 卞n 谬熟 土心q 售 蟪箩” 蹩桫蚤 牦蓼、_ l- i j 、j e7 i广 1 li3 图1 2 平衡块装配图( 2 ) f i g 1 2 b a l a n c e db l o c ka s s e m b l yd r a w i n g2 l 、设备本身的需要。要说一个精盲孔的加工精度高，那么它的粗糙度至少也应1 6 i lm 3 2um ，尺寸公差为h 7 。从理论上讲，镗床的加工精度可以达到，但实际上只有 新设备才能保证，对于一个普通镗床若用上1 0 来年，它的精度就不能达到那么高了。每 个零件的设计，都有它设计的原因和重要性，绝不会因为某个加工厂没有这样设备而在 设计的要求上加以降低，同理，对于一些设备上的气缸孔是必要的，不可缺少的，见图 1 1 平衡块装配图( 1 ) 、图1 2 平衡块装配图( 1 ) ：大孔的内部装有气缸或液压缸、密封 圈等精密贵重件，怕磨损，不允许与之接触的孔表面有半点毛刺和粗糙处，尺寸精度也 要求高，否则密封不好或配套安装困难，是气缸孔；由2 0 孔通常是油气润滑用孔( 有的 内部装有精密的、贵重的油气分配器) ，要求孔的表面粗糙度低，不得有一点划痕。此 类产品是安装在轧机牌坊中，更换比较困难，若此产品出现问题，就会影响整个轧机生 产线的生产，后果不堪设想，所以保证零部件的两种孔的质量非常必要。 2 、社会发展的需要。机械工业是国民经济发展的基础，为其它生产部门提供技术 装备。机械工业提供技术装备的水平和质量的高低，将直接影响国民经济各部门技术水 平的高低和经济效益的好坏。只有致力于提高加工精度，才能提高产品的性能和质量， 提高其稳定性和可靠性，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。在 当今科技快速发展的今天，竞争也越来越激烈，提高产品的性能和质量，提高其稳定性 和可靠性，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配，向精品工程发展， 已是时代的发展方向。制作高质量高精度产品是企业的永远追求。 1 2 深孔刀具的发展史 深孔钻削加工技术【l 】是在1 8 世纪后期，由于制造的枪管和炮管要求有较精密的孔， 由早期的枪匠们开始发展起来的。开始人们发明的是扁钻进行加工。到1 8 6 0 年美国发 明了麻花钻，在钻孔领域中迈出了重要的一步。尽管麻花钻是扁钻的一种改进，但还不 能作为一种极好的精n t 工具，加工深孔时麻花钻还有一些缺点。例如，当深度超过排 一3 一 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 屑槽长度时麻花钻头需要多次从孔中退出进行润滑和排屑；还有麻花钻的抗扭矩性能是 有限的，因此进入速度低。在实践中，人们发现麻花钻的这些缺点可以通过采用自导式 单刃钻孔工具来克服，在这种情况下产生了枪钻( g u nd r i l l ，简称g d ) ，枪钻的名称是 因开始用来加工枪孔而得名的。枪钻最早是由西德、英、美国的几家工厂为军事工业制 造的。后来逐渐推广到其它机器制造部门，而成为普遍采用的一种加工深孔的工具。在 我国枪钻称为外排屑钻孔工具。由于枪钻的钻杆为非对称形，抗扭性能差，只能传递有 限的扭矩，因而枪钻只适用于加工小孔的零件。枪钻的另一个缺点是切屑通道介于钻杆 和己加工过的孔之间，易于划伤工件表面。所以，在第二次世界大战前和战争期间由于 战争的需要，枪钻方式加工设备己不能满足军工生产的需要，因而在1 9 4 3 年在德国由 毕斯涅耳研究出毕颠涅耳加工系统( 即我国常称的内排屑钻孔法) ，并在德国取得了专利 权。此后，毕斯涅耳又经不断发展和改进，到1 9 5 1 1 9 5 5 年间基本定型，推广应运于 生产。 二战后，为了在国际上交换以德国海勒公司和瑞典卡尔斯德特公司的经验为主的深 孔加工情报，成立了一个以德、英、瑞典、瑞士、法国为主要参加国的国际孔加工协会。 推出了一种单边刃、自导向、高压切削液的内排屑深孔钻头，这就是迄今仍用于钻直径 2 0 毫米以上深孔的b t a 钻。与枪钻相比，b t a 钻采用圆形空心钻杆和高压密封装置，将 大量高压切削液输入钻杆和工件孔壁之间的间隙中，冲向切削区，除了起到冷却润滑和 承托钻杆的作用外，还带着切屑从钻杆内孔排出。它具有刚性好、精度高、效率高以及 刀具系统性能好等优点。虽然工本费用较大，但其生产效率比一般加工方法高4 1 0 倍。 所以总的看来，还是一种经济的加工方法。由于b a t 钻系统存在密封装置制造复杂问 题，为克服b a t 系统存在的不足之处，1 9 6 3 年瑞典桑德维克公司发明了喷吸钻系统。喷 吸式深孔钻是在内排屑深孔钻基础上发展起来的一种新型实心深孔加工方法。它比较巧 妙地解决b t a 系统的复杂压力头制造反密封问题。它不需专用深孔钻床，只要求普通机 床具有足够的功率。必要的切屑速度与机床结构的稳定性就能使用。 喷吸钻( d o u b l e - - t u b ee j e c t o rd r ill s ) 是利用流体的喷吸效应原理，当高压流 体经过一个狭小的通道( 喷嘴) 高速喷射时，在这股喷射流的周围形成一个低压区，可将 喷嘴附近的流体吸走。但是喷吸钻本身也存在缺点，应用二根管子，排屑空间受到限制， 所以钻削直径不能低于1 8 毫米，同时，冷却液供给方式不能控制刀杆振动，刀杆易擦 伤，因而刚性与加工精度略低于b t a 系统。为了补偿喷吸钻的不足，近日来，日本冶金 股份有限公司发展了d f 系统，我们习惯叫做单管喷吸钻。由于它是推、吸排屑系统， 使得其钻削范围最小直径为6 毫米。d f 系统是b t a 系统的工作原理与喷吸钻系统工作原 大连理工大学专业学位硕十学位论文 理的结合，吸取了二大系统的优点，并解决了它们的不足之处，不但钻削直径比喷吸钻 小得多，且钻削深度也大大超过喷吸钻。从目前发展情况来看，这是一种很有发展前途 的加工方法。d f 系统在日刊“机械技术 1 9 8 0 年4 期上发表后，即为我国工程技术界 所重视，经过努力，已试制成功，应用于生产，现在己在我国各地普遍得到广泛应用。 1 3 产品分析 该产品是安装在轧机牌坊上的平衡块上，与它相配合的是装有轧辊的轴承座，该产 品的材质为4 2 c r m o ，在设计上孔有多个超细长孔和4 个孔径粗一些的高精度气缸孔，两 种孔的作用各不相同，气缸孔是安装精度高的气缸，孔的公差均为h 7 ，粗糙度为1 6p m ，精度要求高：超细长孔是油孔，粗糙度为6 31 tm 还要与滑板面的孔相通，直线度要 求高。下面就对其加工难点、材质、刀具选择等做具体分析。 1 3 1 加工难点 孔加工是该产品加工的重点，也是难点，平衡块的主要尺寸和形状参见图1 j 琴所示， 形状成长方体，两侧有深4 1 5 衄或7 5 0 衄的盲孔( 不是通孔) ，有的各孔显阶梯状，孔 的公差均为h 7 ，粗糙度为r a l 6 ，孔的中心相对两侧滑板槽的对称度和平行度为o 0 5 岫；产品本身还有多处更长的巾2 0 1 0 0 0 的长孔。由于平衡块本身的用途决定这几点为 该产品的重要尺寸，也是衡量平衡块好坏的重要标志。也就是说，平衡块的两种深孔加 工达到图样要求了，这个平衡块就基本上加工合格了，所以平衡块两种盲孔的加工是该 课题的核心要求。 图1 3平衡块剖示图( 1 ) f i g 1 3 b a l a n c e db l o c ks h o w i n gp o s t - m o r t e md i a g r a m 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 c = c 旋转 i 沁心惑然f 饕 、些、。、皇、v 、小 ，、 熏萋 、。 蚓 r n v - 2 7 卜e卵4 n 图1 4平衡块剖示图( 2 ) f i g 1 4b a l a n c e db l o c ks h o w i n gp o s t - m o r t e md i a g r a m 下面就分析孔的加工难点： 1 、平衡块的左右两侧的孔均为气缸孔，尺寸要求严格。一般的孔只有在钻床、镗 床、铣床上加工，但此孑l 过大( 最小的巾1 8 0m m ) ，过深( 深4 1 5n l m 或7 5 0 嘞) ，没有 相应规格的刀盘和铣头，只能用夹持在镗杆上的单刃镗刀加工，在加工盲孔时应使工件 的孔对着镗杆方向水平放置，孔越深，镗杆由于重力作用对机床装夹刀杆的支承点产生 的重力距越大，通过刀具作用在镗杆上，使镗杆产生挠度变形，使加工出的孔成锥形， 大孔一侧壁薄，加工易变形，尺寸公差难以保证。 2 、粗糙度要求高，达到r a l 6 。就公司的设备能力而言，一般的镗床用平旋盘镗刀 加工平面时，只有在高转数下才能达到粗糙度r a l 6 ，但危险性大，安全系数低，生产 中一般不敢尝试，对于大的孔表面要求高的，公司有个自制的磨头，可以保证，但这种 孔对于磨头来说，又太小，磨头进到孔内，操作者不能观察到孔内的情形，无法确定是 否加工到位，所以一直未找到加工此孔的好方法。 3 、超细长孔精度要求高。由2 0 、由1 4 、由1 0 孔，是超细长孔，而且孔表面粗糙度 要求不低，r a 6 3 ，长度不等，分别为：咖1 4 孔长6 2 5 衄，由2 0 孔长9 1 0 唧，每两个孔 还要相通，所以此孔的直线度非常重要，是必须要保证的。就该公司的设备能力，通常 大连理工大学专业学位硕士学位论文 是通过钻床用的普通麻花钻接长杆钻削加工来实现的，但两种精度都无法达到设计要 求。 1 3 2 材质 此产品的材质为4 2 c r m o ，为锻件，它的化学成份( ) ： c ：0 3 8 0 4 5 s i ：0 1 7 - - 0 3 7 i n ：0 5 0 0 8 0 s ：允许残余含量大于或等于0 0 3 5 p ：允许残余含量大于或等于0 0 3 5 c r ：0 9 0 - - 1 2 0 n i ：允许残余含量大于或等于0 0 3 0 c u ：允许残余含量大于或等于0 0 3 0 m o ：0 1 5 o 2 5 。 由于4 2 c r m o 材质为锻件，决定了它的综合性能一定比铸件好得多，它的硬度也不 高：1 7 0 h b - 一2 1 0 h b ，适合切削，但要想使它的综合性能更好的发挥出来，就必须进行调 质处理，调质后力学性能：抗拉强度0b ( mp a ) ：小于或等于1 0 8 0 ( 1 1 0 0 ) ，屈服强度os ( m p a ) ：小于或等于9 3 0 ( 9 5 0 ) ，伸长率6s ( ) ：小于或等于1 2 ，断面收缩率w ( ) ：小于或等 于4 5 ，冲击功a k v ( j c m 2 ) ：小于或等于7 8 ，承受的抗冲击力能力很强，有的零件对表面。 硬度有特殊要求的，还可以通过表淬或渗氮处理，热处理规范：淬火8 5 0 摄氏度：油冷； 回火5 6 0 摄氏度，水冷，油冷。 由此可见，4 2 c r m o 材质的性能比较好，强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小， 高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温韧性较好，并有较高的静强度、冲击韧度， 又较高的疲劳强度，淬火性良好，无过热倾向，淬火变形小，4 2 c r m o 的性能还要优 于3 5 c r m o ，切削性能中等，调质前硬度为h b ：1 7 0 - 2 0 0 ，硬度h b 2 2 9 ( 一般为2 2 0 - 2 6 0 ) 适中，很适合机床加工。用于制造要求较3 5 c r m o 钢强度更高和调质截面更大的 锻件，如机车牵引用的大齿轮，增压器传动齿轮，后轴，受载荷极大的连杆及弹簧夹，也用 2 0 0 0 m 以下石油深井钻杆接头与打捞工具等。 1 3 3 刀具选择 1 刀具材料 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 由于4 2 c r m o 调质后的硬度偏硬，故在加工中切削力大、切削温度高，导致刀具易 磨损，寿命减低，所以要选用硬性好、耐磨性高的刀具材料。切削加工4 2 c r m o 常用的 刀具材料如下： 高速钢牌号w 1 8 c r 4 v ，它的刃磨性能好，是我国目前应用最多的一种牌号。 硬质合金牌号粗加工选用y g 8 、y g 8 w 、y g i o h ；精加工选用y g s w 、y p l 5 ( y g r m ) 。 涂层刀具涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能，因而具有良好的耐磨 性和抗月牙洼磨损能力，加工4 2 c r m o 效果较好。 立方氮化硼( c b n ) 刀具立方氮化硼( c b n ) 刀具具有极高的硬度和热硬性，c b n 刀 具是高速精加工或半精加工淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等的理想刀具材料，加工 4 2 c r m o 效果较好。此种刀具在较高的铣削速度下仍具有较长的刀具寿命。 聚晶金刚石( p c d ) 刀具聚晶金刚石( p c d ) 材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性 及低摩擦系数等特点。p c d 刀具可以实现4 2 c r m o 材料的高速、高精度、高稳定性加工。， 加工4 2 c r m o 效果好。 2 刀具的几何参数 镗刀在粗加工时，需要刀具刚性好，刀具前角、后角要小些。如粗加工4 2 c r m o ，切 削力较大，切削时一般不磨卷屑槽，前角选为0 - - 3 度。在精加工时，得到良好的表面 完整性和尺寸精度，要求刀具要锋利，所以前角、后角、螺旋角要偏大些或刀齿密些， 并要求刀刃要锋利，要求刀刃不带有倒棱或负倒棱最小。如精加工4 2 c r m o 时，前角应 为8 1 5 。，此时可以加工出卷状切屑。加工4 2 c r m o 用其它车刀如外圆车刀及镗刀，前 角为l o 。一1 5 。，后角为8 。一1 4 。，刀尖圆弧半径为o 2m m o 6 舢( 精车时取最大值) 。 螺纹车刀，前角为o 。，后角为l o 。成型车刀前角为5 。，后角为1 0 。 1 3 。4 工艺分析 此产品设计的特点是：产品的质量小，重量轻，孔多，壁薄，粗糙度要求高。加工 的难点是气缸孔和超细长孔的加工，根据此材质的特性和设计的特点，决定按图1 5 工 艺流程图步骤进行操作，详细解释见表1 1 工艺流程图解释表，如下： 匦亟歪亟哥困一匦延委亟噩乎巫卜悃 匡粗列( 单边留2 m m 余量) 慵加工周边卜一精加工气缸孔卜- 一精加工精细深盲到 椭加工其余各孑u 一精整l 图i 5 工艺流程图 f i g 1 5p r o c e s sf l o wd i a g r a m 一8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 l 裟糕| | 笋茹裟镰矛 2榛伤 粗大，需返回上道工序，重新做正回火处理，若是有 m 、w 可探性，就可以进行t _ j ：i ! i 序，二是确定材料是否有 粗加工各 边留7 哪余量，四个大孔单边留1 0 棚余量，并且各 ” 部及大孔 棱角倒钝1 0 x 4 5 。，各凸台之间要圆角过度r 1 5 。， 。 的综合机械性能，改善切削加工，并能有较小的表面 41 同j 咐 一” 粗糙度。调质后的金相组织为回火索氏体硬度为 5 半篓蛩工 型冕莩霎竺霎翥姜翥主銮凳：羞兰塞呈：主羞：呈易 斤h 1 1 “ 削力引起的变形。 培一圈 利用t130数控镗床加工平衡块周边，保证两侧滑板)jg 6 稠。_ l 周 面的平行度、粗糙度，及与孔端面的垂直度0 0 3 m m 。 精加工气详见本论文的具体分 缸孔析。 8 琶塑王芦 详见本论文的具体分析 。 细长孔 一 9 鬻在黼孔棚融工撒 。 精整 釜于萎蓑：篓茎毛刺，用高压气管吹铁屑及挈物，试 一9 一 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 就鞍钢重机公司现有的加工能力来说，两种孔的加工是难点，需要在现有设备的基 础上，找出合适的加工方法，配备一些工装具，加工出合格的产品，达到少投入、大产 出的效果。 1 。3 5 国内外研究现状 在国外，随着各种深孔钻头在各行业中得到普及和应用日本、德国、瑞典、美国 等国家走在深孔加工技术的前列。特别是瑞典的s a n d v i k 一个c o t o m a n t 公司把直径3 毫米以上的b t a 深孔钻全面系列化，列为该公司的定型产品。2 0 0 1 年在第0 2 届日本国 际机床展览会上，日本京陶公司展出了用于小孔加工的钻头，其特点是：巾1 0 毫米小钻 头实现了可转位化；由于有特殊构造的钻尖，能进行稳定高效的孔加工：内外切削刃由 一片刀片构成，更换方便：切入性能优良，不预钻导向孔也能在斜面上钻孔；提高了生 产效率，大幅度降低成本：刀体部分进行了特殊的表面处理，可防止切屑摩擦磨损。国 内，生产刀具的厂家很多，在深孔刀具方面，有进一步研究的却寥寥无几。针对以上所 述四种深孔钻的特点，华北工学院( 原名太原机械学院，为中国兵器兵业总公司直属兵 工院校) 工艺研究所机械制造工艺研究所) ，以王峻教授为学科带头人的学科梯队，于 1 9 8 3 年开始深孔加工技术的研究，在原兵总的支持下，通过1 7 年的不懈努力，己经研 制成国际上最先进的s e d ( 单管内排屑喷吸钻) 深孔加工技术，达到可迅速转化为生产力 的水平。研究所拥有完善的深孔加工装备计算机辅助设计、试验、测试实施和小批量的 新型刀具的生产手段。自1 9 8 5 年以来累计完成部省级重大深孔科研成果6 项，完成自 拟课题2 0 余项，申请国家发明专利2 项。其中具国际领先水平的成果有以下四项：( 1 ) 整体硬质合金单管喷吸钻；( 2 ) 单管喷吸钻负压抽屑器；( 3 ) 精密深孔高速镗削技术及机 夹高速锉头；( 4 ) 用于枪钻系统的负压抽屑器。 在实体钻削中逐步形成和完善了四种加工体系：( 1 ) 、枪钻外排屑加工系统；( 2 ) 、 b t a 内排屑加工系统；( 3 ) 、喷吸钻加工系统；( 4 ) 、d f 加工系统。这四种系统在钻杆 结构、供油方式、刀具及制造使用成本等方面具有各自的特点，所适用的加工孔径、加 工精度、表面质量不同，在选用时，应根据具体情况而定。枪钻是深孔加工专用刀具中 最古老的一种方式，是外排屑深孔钻的代表，也是迄今为止，2 5 以下深孔加工的主要方 法，适用范围广泛。近几年来，枪钻已用于加工浅孔，以提高加工效率，看来这是一种 发展趋势。以美国为例；6 3 年用枪钻加工孔的代表深度为2 5 卜3 0 0 ，6 8 年下降为1 0 0 ， 7 0 年代己降到2 5 3 7 。其使用范围也在不断的扩大，以前只能加工通孔，现在不仅盲 孔、特殊形状的孔、阶梯孔、断续孔、半圆孔等都可以用枪钻加工。特别是最近几年， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 新型枪钻一整体硬质合金枪钻的使用，是枪钻发展史上的一大飞跃，进一步扩大了枪钻 r 1 的使用范围，提高了加工精度、加工效率和使用寿命。 但是，在我国，这种新型枪钻的生产、使用尚处于初级阶段，在制造和使用过程中 存在一定的问题，影响其质量的提高，从而使这种新型刀具在我国的推广使用受到一定 的影响。本课题通过硬质合金枪钻对4 2 c r m o 的切削试验，得出了各参数的合理数值。 下面就分别对气缸孔和超细长孔的特点及加工方法加以分析，从工艺、加工刀具和 参数选择等方面入手加以分析和研究，从中寻找最好的、成本最低的加工方法。 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 2 气缸孔加工 从设计图上可以看出，此孔一侧的孔壁厚为l o m m ，一侧的孔壁厚为6 0n l m ，孔壁厚 不均，很容易产生加工变形，粗糙度要求较高，公差要求严。加工此类孔最通用的加工 方法是用单刃镗刀加工，我公司也曾经用这种方法开发加工平衡块的气缸孔，但以失败 告终。 2 1单刃镗刀加工工艺 镗削加工是用镗刀对已有孔进行加工的一种方法，对于产品的形状要求不是特别严 格，镗削加工的工艺范围较广，它可以镗削单孔或孔系，锪，铣平面，镗盲孔及镗端面， 对于气缸孔的加工，由于孔的直径比较大，在钻床加工不能实现，只有在镗床加工，但 未能成功，并造成一定的经济损失，下面就对此方法的加工过程进行分析研究，寻找合 适的加工方法。 2 1 1 镗刀的装夹与形状 在加工孔时，单刃镗刀的较为普遍，它的装夹方式如图2 1 ，图2 2 ，图2 3 ，图 2 4 ，不同的装夹方式( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ，适合加工不同特点的孔： 图2 1单刃镗刀的装夹方式( a ) f i g 2 1s i n g l e b l a d e db o r i n gc u t t e rc l a m p i n gw a y1 ( b ) 图2 2单刃镗刀的装夹方式( b ) f i g2 2s i n g l e b l a d e db o r i n gc u t t e rc l a m p i n gw a y2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图2 3单刃镗刀的装夹方式( c ) f i g 2 3s i n g l e - b l a d e db o r i n gc u t t e rc l a m p i n gw a y3 i j ii 图2 4 单刃镗刀的装夹方式( d ) f i g 2 4s i n g l e b l a d e db o r i n gc u r e rc l a m p i n gw a y4 镗刀的形状及规格尺寸如图： b h 幻 v 图2 5镗刀的形状 f i g 2 5s h a p e so fb o r i n gc u t t e r 1 3 一 轧机平衡块深孔加工的工艺研究 2 1 2 镗削工作的特点 ( 1 ) 镗削表面的运动轨迹是由机床主轴上的镗刀作回转运动来实现的，它与钻削 加工相似。 ( 2 ) 镗削时，由于刀具装在刀杆上伸入内孔进行切削，因此，镗刀是在半封闭的 状态下进行工作的。 ( 3 ) 镗削加工时，把工件装夹在工作台上，由镗杆作纵向、垂直移动或工作台作 纵、横向移动来实现对工件的进给运动。 ( 4 ) 镗削时，由于刀具后刀面和工作内孔表面磨擦较大和镗杆悬臂外伸，镗刀的 切削条件较差，且易引起振动。 ( 5 ) 镗削加工应用微调镗刀、定每项镗刀和专用夹具或镗模后，可精确地保证孔 径( h 7 - h 6 ) ，孔距( o 0 1 5 m m 左右) 的精度和较低的表面粗糙度( r a l 6 - 0 8 i jm ) ，因此， 镗削是实现精密孔系加工的一种重要工艺方法，适用于大型、箱体和非工的一种重要工 艺方法，知用于大型、箱体和非回转体类零件的孔系( 特别是大孔和长孔) 加工。 2 1 3 镗削的优点 l 、镗削加工灵活性大，适应性强。 2 、镗削加工操作技术要求高。 3 、镗刀结构简单，刃磨方便。成本低。 4 、镗孔可修正上一工序所产生的孔的轴线位置误差，保证孔的位置精度。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 镗床加工孔优点多，加工高精度的孔最好选择镗床，但一般企业加工用的镗刀是单 刃镗刀( 操作者最熟练的) ，这也是我公司当时选用此方法加工平衡块气缸孔的原因。 但是加工的结果未能达到技术要求，其实验及其分析结果如下。 2 2 单刃镗刀加工实验分析 为了避免加工出不合格品或废品，并且还要达到实验的目的，决定进行实验方法如 下： l 、就现有8 个平衡块毛坯中的2 个做为实险品； 2 、所加工到的尺寸为设计图上的名义尺寸值基础上“一4 即，由1 8 0 h 7 按由1 7 6 h 7 ； 3 、每个平衡块工件可加工4 个孔，共计8 个孔，通过对8 个孔进行加工实验与分 析； 4 、用单刃镗刀加工。 2 2 1单刃镗刀加工实验 按照镗床的操作规程和实际加工经验，切削参数选择如下：切削深度qp 为： 0 1 m i l l ；进给量f 为：1m i l l l ，转数2 0 转m i n ，选择镗杆直径为1 0 m m 单刃镗刀。所 加工的结果如下表。表2 2 为用单镗刀加工产品的检测记录：现状统计图如表2 3 所示； 由统计图得出来的频率累积图如图2 6 所示。 表2 2 用单镗刀加工产品的检测记录 t a b 2 2t e s tr e c o r d sb ys i n g l eb o r i n gp r o c e s s e dp r o d u c t s 要求值实测值公差要求值实测值要求值实测值其它 巾l # + 0 1 2 直线度 1 # 0 0 7粗糙度1 # r a 6 3划伤 1 7 6 h 7 ：o o 柘 2 # + o 0 8 3 o 0 5 2 # o 0 8 r a l 6 2 # r a 3 2 工件l 3 # 一0 0 23 # 0 1 l3 # r a 3 2 4 抖+ o 0 4 54 # 0 1 14 # r a 6 3 巾5 # + 0 0 5 65