高精度细深孔的镗孔加工工艺分析
摘 要：本文研究内容为回转类液压零件高精度细深孔的镗孔加工工艺。首先利用正交实验对刀具所需的几何参数和工件材料的切削参数进行优化分析，从而得出一组最佳的参数，作为工艺试验及刀具选择的基础。其次，利用有限元分析，合理选择刀杆材料及刀具材料，得出刚性及抗振性最好的刀杆形状设计。
关键词：细深孔；正交试验；有限元分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.014
小深孔精加工又称为深孔的二次加工。在钻孔或扩孔之后，如果达不到规定的精度或粗糙度要求，就需要采用深孔精加工技术对孔进行二次加工或者更多次数的加工。但由于二次加工仍然是在孔的封闭内腔中进行的，加之受工件长度、零件结构、孔径尺寸、工件刚度和刀杆刚度等因素的影响，所以小深孔二次加工的难度仍然远高于浅孔的精加工。
1 国内小深孔精密加工所采用的常用方法
目前国内小深孔精密加工所采用的常用方法主要包括研磨加工、珩磨加工等。我们把使用研具和游离的磨料进行微细加工的工艺方法叫研磨加工，利用工件和研具之间的相对平动和回转运动时，使游离的磨料进行微细的切削加工。该方法可获得很高的尺寸精度、形状精度、位置精度和较低的表面粗糙度。但该方法具有效率低，劳动强度大的缺点，且在加工过程中容易在孔的两端产生研磨喇叭口；研磨中使用的研磨膏常常难于清洗干净，清洁度经常超过标准。
珩磨是从磨削发展起来的精整加工手段，可以使加工表面的几何精度、形状公差、表面粗糙度都得到极大改善。我们把以固结磨粒压力进行切削的光整加工方法叫珩磨加工。加工时把一般工件固定，珩杆相对于工件作回转和往复运动，在径向珩杆可胀缩压紧工件。可加工的范围为直径1～1200mm，孔长1200mm，加工精度可以到0.1μm，最高表面粗糙度可达Ra0.01μm。珩磨所使用的设备，可以是专业设备，也可以是车床、钻床或镗床等普通机床设备的改装。
2 国外小深孔精密加工所采用的常用方法
对于国外来说，从20 世纪70 年代起，美国的零部件制造商开始采用内孔磨削的方法，用涨缩式珩磨加工阀孔，采用珩磨工艺与原有工艺相比较，加工质量有较大提高，生产效率有了大幅度提高。但是，传统的珩磨加工有产生喇叭口，孔径尺寸较难控制等问题。此外，国外的Single pass 精密孔加工技术，也称整体式珩磨技术，具有更高的加工精度，更短的加工时间，更少的操作技能以及更低的加工成本，是未来精密深孔加工技术的一个重要发展方向。
3 高精度细深孔的镗孔加工工艺分析
以专业液压件生产企业中汽车起重机五联手动比例阀分配阀阀杆内孔为例进行高精度细深孔的镗孔加工工艺分析。
3.1 阀杆高精度细深孔工艺缺陷
阀杆高精度细深孔工艺为先钻各内孔，粗精镗内孔各留珩磨量0.01-0.02mm最后粗精珩磨各孔各至尺寸。该阀杆内孔加工工艺从理论上是加工细深孔是可行的，但在实际加工中确存在这样的缺陷。首先，产品内孔的形位公差及粗糙度要求很高，保证精度可在最后一道工序采用珩磨工艺，它基本由珩磨工具来保证。那么我们主要考虑他的前道工序即可。根据图纸对零件的要求，如果要达到珩磨后的表面粗糙度为0.4um，公差为0.008mm，需要保证珩磨前道工序在加工后它的表面粗糙度为0.16～0.08um，珩磨余量为0.05～0.1mm，如采用钻绞工艺，由于钻孔工艺其表面粗糙度较低，致使铰孔后，孔的表面粗糙度达不到要求，使珩磨精度达不到图纸标准，所以使用钻绞工艺精度不行。精镗工艺，从理论上来讲完全可以达到工艺要求，但在实际加工中，孔太小、又深，镗刀一般采用焊接刀具，刀杆细长，刚性不好，刀具易磨损，材质热处理后又硬，加工出的孔有振纹，尺寸不稳定，易出现大小头，预留珩磨量不确定，致使孔的珩磨效果不佳，加工经济性不高。其次，阀杆内孔的尺寸精度要求高，虽然最后尺寸由珩磨保证，但如果精镗后的珩磨余量尺寸不稳定，则影响珩磨效果，这时需要精确的测量和采用刀具补偿的方法来确定尺寸精度。
3.2 阀杆高精度细深孔工艺改进措施
根据阀杆高精度细深孔工艺的缺陷，可从以下几方面进行改进：
（1）为了保证精镗后的表面粗糙度，提高阀杆的加工经济性，可考虑，在原有工艺基础上，通过正交实验，选择一组最优的刀具几何参数和金属材料的切削参数，以保证精镗后的表面粗糙度和刀具耐用度。通过对细深孔的工艺分析，细深孔的加工主要保证孔的尺寸精度，几何形状精度，表面粗糙度 ，同时要使刀具具有一定的耐用度。几何原因，塑性变形，和机械加工振动三方面的因素是表面粗糙度主要形成因素。而几何原因是其主要表现形式，它就是保证零件的表面精度、保证刀具的硬度、耐磨性和经济型的刀具几何参数。既是刀尖圆弧半径R、主偏角、副偏角。而刀具的耐用度跟切削速度，进给量，被吃刀量有关。而切削速度队刀具耐用度影响最大。所以要想获得细深孔的表面粗糙度 ，同时要使刀具具有一定的耐用度使用正交实验是可行的。
（2）为了保证精镗后尺寸精度的稳定性，可通过有限元分析，设计刚性高的刀杆，减小刀杆振动；同时选择合适的刀具材料来提高刀具的耐磨性。刀杆除了材料要求具有较好的刚性外，刀杆的外形也对刚性有较大的影响。所以设计具有刚性高和抗震动小的刀杆形状对阀杆的加工精度和刀杆的耐用度有较大的提高。验证刀杆的刚度可采用有限元分析，而刀杆的刚度与切削力有很大的关系。
经过以上分析可知，高精度细深孔首先利用正交实验对刀具所需的几何参数和工件材料的切削参数进行优化分析，从而得出一组最佳的参数，作为工艺试验及刀具选择的基础。其次，利用有限元分析，合理选择刀杆材料及刀具材料，得出刚性及抗振性最好的刀杆形状设计，从而达到细深孔的高精度要求。
4 结束语
本文主要研究回转类液压零件高精度细深孔的镗孔加工工艺。其工艺方法主要是通过一个实验即正交实验来优化刀具几何参数和工件材料的切削工艺参数。一个分析即有限元分析来设计出刚性及加工稳定性高的刀杆。通过数控机床来实现镗孔加工。
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