浅析深孔加工刀具设计的方法

王羽

摘 要：现阶段深孔加工刀具在各制造领域中的应用范围较广，为从根本上提高深孔加工刀具设计水平，还需要结合深孔加工刀具特征，优化实际加工方案，加强深孔加工刀具设计管控力度。本文就针对此，以减震器、装配式深孔钻头为例，提出该刀具设计难点，提出深孔加工刀具设计手段，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词：深孔加工刀具;设计;方式

前言：

相较于其他刀具加工工作而言，深孔加工刀具设计工作的难度更高，专业性更强，在具体加工过程中排屑冷却难度大、生产成本应当得到严格管控。由于深孔加工刀具种类较多，本文只选取减震器、装配式深孔钻头设备作为深孔加工刀具设计方式论述对象。

1、深孔加工刀具概念

深孔加工刀具主要就是孔深与孔径比值大于5～10的孔。普通孔深加工工作可以使用麻花钻接长方式加工。但对于孔深较大的加工工作，需要配合使用专用加工设施，如专用深孔加工机床、深孔加工刀具等。在深孔加工的孔为半封闭情况下，实际加工期间会存在排屑难度大、导热性能较差、冷却润滑难度较高等问题。部分刀具在具体应用过程中也容易抖动、振动与变形。

现阶段深孔加工刀具主要分为外排屑单双刃深钻孔、套料钻、内排屑刀具等多种类型，实际应用范围更为广泛。以外排屑单双刃深钻孔刀具为例，该刀具钻尖偏离轴心，会生成内刃及外刃。外刃结构较短，内刃结构较长。外刃生成的主角也会大于内刃生成的副偏角，导致外韧上的径向力大于内刃上的径向力，并且该力始终处于同一作用的导条上，使导条能够充分发挥出以支撑导向作用，避免钻头出现钻偏问题。在孔径增大过程中，与孔壁产生辊光作用，以从根本上提升深孔加工设备的圆度以及整体加工质量。

2、减震器深孔加工刀具设计方式

2.1减震器构件结构概况

减震器中的某一构件需要采用深孔加工刀具。该构件毛坯为压铸成型，加工余量为1～2。构件主要使用铝为原材料，具有深孔加工特征，对孔中的精度要求较高，仅采用传统加工方式难以从根本上保障刀具实际加工水平。

2.2减震器构件结构设计难点

由于该构件内孔精度要求较高，深孔直径为350，表面粗糙度为0.8，具有深孔加工特征。同时，深孔加工刀具的刀杆细长、高度较差，容易在具体生产过程中出现振刀现象。因构件主要以铝为原材料，在切削加工期间的切削流向性及排屑期间的切削容易擦到工件内孔表面，导致工件内孔椭圆及内孔表面粗糙度难以满足实际生产要求。

2.3减震器深孔加工刀具设计方式

结合深孔加工特征以及铝材性质，将原刀具结构进行优化。为使减震器构件内孔尺寸精度以及表面粗糙度能够与具体设计要求相符，还可以使用钻、挤一体式深孔加工刀具结构。在刀具上增加排屑以及冷却液通道，利用冷却液压力促进切屑排出。将机床动力连接在刀柄螺纹上，增加刀杆长度，满足孔加工深度要求。加工方式可使用精车加工、滚压加工方式，加工期间的挤压余量应当为0.02～0.5毫米。

3、装配式深孔钻头设计

3.1装配式深孔钻头特征

随社会经济与科技技术发展速度不断加快，新材料、新工艺的广泛应用在零部件加工制造过程中。其中，深孔加工的加工难度较大，实际加工质量极易受到诸多因素影响。现阶段加工微小深孔直径构件时需要配合使用振动钻孔、激光钻孔、电火花钻孔等手段。如孔径大于20毫米，深孔加工多为机械钻孔方式。

装配式深孔钻头是在传统深孔加工刀具基础上演变而来的先进加工设施。相较于普通加工刀具而言，装配式深孔钻头结构刚性较强、导向性好、切削较为稳定，加工质量与效率能够得到根本上保障。

3.2装配式深孔钻头设计

装配式深口钻头主要由硬质合金钻心组成，中心钻具肩负起塑性切削职责，分担大部分的切削力，以从根本上提升定位精准度，满足深孔加工期间的导向性要求。

通过将中心钻头代替原有横刃结构，可进一步增强深孔钻削工作的可靠性，减少切削作用力。

3.3深孔加工刀具刀片设计

首先，在切削刃设计过程中，刀片处于正几何角转位，主切削刀具的前角为25度。刀具带有副切削刃，在实际加工制造中需要引导刀具运行方向，以切实增强加工孔的直线性。由于副切削刃会直接影响到加工孔质量，因此还需要其后角位于2～10度之间，避免在实际应用过程中出现崩刃等问题。在加工后，成孔的技术参数需要满足实际设计要求，即倒锥量需要为0.0005～0.001毫米，表面粗糙度应当为3.2～0.8微米。

3.4分屑槽与断屑槽设计

因切削刃较长，产生的切削宽度较大，不容易出现卷屑或断屑问题，在切削刃一段的1/4处细化切削，可以从根本上提升实体加工效率。在装配第2个刀片时，分屑槽需要相互错开设置，以实现最佳分屑效果。断屑槽的槽型窄后宽的开口槽，槽体角度为8～10度。槽底处有正刃切角，使切削形成管状或环状碎屑向工件外流出，最大限度降低切屑期间虽屑划坏工件表面、缠绕工件钻头等问题发生几率，从根本上提升深孔加工刀具运行水平。

3.5刀片材料设计

结合加工材料性质、实际加工要求，选择适宜的深孔加工刀具刀片材料，从根本上提升刀具运行效率，降低刀具在实际应用期间的安全事故发生几率。现阶段刀具材料可以为高速钢、硬质合金钢、金刚石、立体碳化硼等。为切实保障刀具运行效果，控制刀具生产成本，还可以在硬质合金刀片上设置约5～10毫米的金刚石涂层，有效控制刀片体积，使刀片能够在后续使用过程中更加容易被更换。

3.6钻头与钻柄的联接设计

在深孔加工刀具设计过程中，还需要着重关注钻头与钻柄的连接设计工作。现阶段钻头与钻柄主要采用凸台方式联接。刀具在此种联接下能够满足高速旋转、较大给进量要求，并且为构件加工工作提供较为稳定的传递力以及扭矩，实际传递效果可以达95%。在钻柄前端会设置特殊的容屑槽。容屑槽需要与刀体上的容屑槽联接在一起。由于容屑排槽空间较大，能够切实提升切屑水平。不仅如此，润滑液可以在切削刃使用时冷却，冲刷带出切屑，避免在实际生产制造过程中因切屑对构件生产质量造成严重不利影响。

钻柄尾部结构可以结合加工机床性能设计，现阶段大部分的机床结构可以采用莫氏锥孔。

3.7深孔加工刀具的受力分析

为确保深孔加工刀具能够在深孔加工过程中发挥出重要作用，还需要对刀具的受力情况展开细致分析。具体来说，在钻削工作开展期间，切削刃應当承受住来自轴向力、径向力、主切削力等三方向力的作用。如径向力控制不当，则会在实际深孔加工作业中出现孔道偏斜或者孔径扩大等问题，严重影响到孔道加工质量与效率。在钻头受力变形的情况下，变形系统可作为具备弹簧及阻尼器的单自由度振动系统。

具体设计工作开展期间，两个深孔加工刀具之间的切削刀片可以采用对称分布方式，要求切削刃长度相等，以有效抵消径向力，配合使用中心钻定位手段，着重控制定位位移误差问题，保障定位精准度，降低深孔加工期间质量问题发生几率。

总结：总而言之，通过分析深孔加工刀具设计方法，发现在现阶段深孔加工刀具设计过程中，需要着重关注孔加工技术问题，积极引进先进的设计理念与设计方式，从根本上提高深孔加工刀具设计效率，确保设计出的深孔加工道具能够在保障制造企业核心经济利益中发挥出重要作用。

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