深腔精密小孔的加工分析

优胜编程龚老师

深腔精密小孔的加工分析

深腔小孔的加工难点，对加工方法进行了前期探索及工艺分析，提出了解决措施，给出了具体的加工和测量方法。经检验，加工零件的各项指标均满足图样要求。






1. 零件结构

笔者公司承制的产品加工制造任务中，有一种电磁阀，在生产过程中遇到了按照传统方法无法加工的深腔小孔难题--其深腔之深、小孔之小是以往没有遇到的，具体零件尺寸如图1、图2所示。该零件的加工难度非常大，如何保证加工质量让我们颇费周折。





2. 加工难点分析

由图1 、图2 可以看出， 深腔小孔精度要求极高： 深腔为：Φ16mm，深度达到了40mm；深腔内小Φ（0.5±0.02）mm，且小孔顶部带有凸台形密封面，外圆Φ1mm，小孔直径0.5mm、深度5mm，深腔小孔与凸台形密封面同轴度要求为Φ0.01mm，凸台形密封面与深腔垂直度要求为0.01mm，必须一次装夹加工完成，且不能有任何的偏斜，否则不能满足图样要求。

该零件内深腔小孔直径与长度之比为1:10，属于深孔加工。

由于孔的深度与直径之比较大，且小孔又处于深腔内部，导致钻杆细长，刚性差，工作时容易产生偏斜和振动，因此，孔的精度及表面质量难以控制；另外，由于零件材料为1Cr18Ni9Ti，断屑不好，则可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏，无法保证孔的加工质量。





3. 加工方法探索

针对此难题，前期进行了如下探索：

（1）定制加长钻头：先后定制了加长的高速钢钻头、合金钢钻头10余把，由于钻头本身韧性有限，钻削热量不易散发，排屑空间小、易堵塞，在加工过程中钻头极易折断，即便是进给量控制得非常微小也无法保证。

（2）采用激光打孔技术：利用激光打孔机加工此深腔小孔，结果测量发现小孔的圆度较差，关键问题是利用激光打孔机加工必须要二次装卡，基本不可能保证深腔小孔与凸台形密封面同轴度Φ0.01mm的要求。

4. 工艺分析

在深腔内的深孔加工，影响其加工质量的因素有两个方面：

（1）钻头的刚度：钻杆细长，刚性差，工作时容易产生偏斜、振动及断裂，影响孔的精度及表面质量。

（2）排屑：孔小且深，排屑通道长，钻削时是在近似封闭的状况下工作的，由于时间较长，断屑不好，排屑不畅，则可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏，无法保证孔的加工质量。

5. 采取的措施

针对深孔加工的特殊性及对深孔钻的要求，吸取以往经验，结合深腔小孔的特点， 采取了如下措施：

（1）设计钻削刀具装卡装置，增加钻头的刚性。钻削刀具装卡装置采用包裹式结构，减少钻头的裸露部分（见图3），以提高钻头刚度和强度。并设置切削液流道，借助一定压力切削液的作用促使切屑强制排出，达到排屑和冷却的目的。



（2）改进钻削刀具。为保证深腔小孔的表面粗糙度要求，需要麻花钻粗加工后，用铰刀进行精加工。为提高铰刀韧性、防止加工中铰刀的损伤，采用齿数减半的方式，对铰刀进行改进，减小了进给量，增大了排屑和容屑空间，具有韧性好、散热好和排屑好的优点。

（3）实现手动进给钻削，有效减小钻头折断的可能性。设计有钻套，可以实现手动进给钻削。即使加工设备非常精密，也是机械式的进给，无法反馈切削力度，而靠手工进给，则能控制合适的进给量，一旦感觉切削力过大或者有钻偏的迹象，马上退回钻头。钻套与工装本体配合间隙控制在0.005mm以内，对深度较深的小孔加工尤为有效。此种方法可以在车床上加工Φ0.2mm小孔。





6. 工艺方法

加工工艺方法为：①中心钻定位、轴向进给分6次完成，最后2次进给靠手动进给。②经过3次空进给量去毛刺，保证小孔的表面粗糙度要求。

7. 测量方法

在图2中， 中心小孔直径（0.5±0.02）mm和小孔顶部凸台形密封面外圆Φ1mm，不能在加工设备上直接测量。公司采用的测量方法是将零件取下后，用带刻度的小型工具显微镜测量和影像测量仪测量相结合的方式。

加工的第一件零件先用带刻度的小型工具显微镜测量，该显微镜可放大30倍，通过调节刻度线，测量尺寸Φ（0.5±0.02）mm和Φ1mm，记录实测值。然后将该零件深腔去除，即将凸台形密封面外圆Φ1mm凸出在外，而非深腔内，再用影像测量仪测量，影像测量仪放大倍数在30～200倍范围内可调，也采用30倍测量，记录实测值， 比较两者测量结果，测量值满足公差要求则进行批量加工。批量零件采用30倍小型工具显微镜100%测量。

8. 结语



采取上述措施和工艺方法，解决了深腔深孔加工无法保证加工质量的难题，有效地保证了小孔精度和公差要求。经检验，各项指标均满足图样要求。