管板加工轴向力对深孔钻的影响

管板加工轴向力对深孔钻的影响

图 4 为深孔钻在转速恒定,进给速度不同的情况下的试验统计数据。从图中可发现提高深孔钻钻入管板时的进给速度,会增大相邻管孔的孔桥偏差(表中的理论孔桥尺寸为 4.80 mm)。
管板加工轴向力对深孔钻的影响
管板加工轴向力对深孔钻的影响
根据材料力学关于压杆稳定的理论模型,以及细长压杆临界载荷的欧拉公式[2,3]:
Fcr= π2
EI
(ul)
(ul)2 (4)
式中:l———压杆长度,u——长度系数,E—弹性模量,I——惯性矩。现对深孔钻钻削过程杆的受力情况作如下分析:
钻头未完全钻入管板表面时(如图 3 中 OB 阶段),钻杆相当于一端固定,一端自由并受轴向力Ff 作用的悬臂梁,如图 5(a)。入钻时,轴向力 Ff 从零骤然增大,当钻杆承受的轴向力 Ff 瞬时超过其临界载荷 Fcr(此时 u=2)时,将导致钻杆瞬时弯曲,如图 5(b)。理论上此时钻杆自由端(钻头端)挠度y=A,由于受钻套对钻头的导向定位作用,实际上A 值等于钻套与钻头间的间隙,即钻头较理论中心轴线偏斜 A,致使钻头进给方向与管板的钻入面不垂直,与理论中心轴线成夹角 α≈arctanAl(l 为钻杆长度),将严重影响管孔的垂直度以及钻入、钻出面管孔的位置精度,管孔的偏移量为 Δ=L·tanα(L 为管孔深度)
管板加工轴向力对深孔钻的影响

钻头完全钻入管板表面后(如图 3 中 BE 阶段),钻杆相当于两端固定,但可沿轴线方向相对移动的压杆,如图 6(a)。当钻杆承受的轴向力 Ff 超过其临界载荷 Fcr(此时 u=0.5)时,钻杆的失稳形式如图6(b)所示。在钻杆的中间位置处出现较大的挠度y=A(其值受钻套、钻孔深度等因素综合影响),较之钻入时的失稳形式,其主要影响管孔的直线度和孔径精度———出现腰形孔(从管孔的纵截面上看),管孔表面出现螺旋槽等;另外,对钻杆、钻头、钻套的寿命也有明显地不良影响,由于钻杆与钻套发生摩擦,导致钻套磨损从而影响深孔钻的定位精度,进而影响管孔的位置精度。

管板加工轴向力对深孔钻的影响

在深孔钻实际运行时,钻杆最易在钻入管板表面时出现瞬时弯曲(轴向力瞬时骤增),这时挠度A 越大,钻头实际进给方向与理论中心轴线的夹角α 也越大,导致管孔的偏移量 Δ 越大,这将给管孔质量带来严重的不良影响。根据钻削过程的进给力(轴向力)Ff 的计算公式[4]:管板加工轴向力对深孔钻的影响
式中:轴向力系数 CFf,背吃刀量 asp 的指数XFf,进给量 f 的指数 YFf,切削速度 vc 的指数 nFf以及轴向力的修正系数 KFf
等与刀具材料、加工材料以及加工方式等有关,其值可根据实际情况查阅相关制造加工手册获得。深孔钻钻削过程中(所有切削刃工作时),背吃刀量 asp 恒定(鄱asp=d0,d0 为管孔孔径),当钻头、工件确定后,钻头(杆)的轴向力 Ff 的大小与进给量 f、切削速度 vc 成指数级变化。

因此,为确保深孔钻削的稳定性,在深孔钻钻入、钻出管板表面时,需严格控制钻杆(钻头)承受的轴向力,通常采取降低钻头的进给速度等措施———钻入、钻出管板表面时的进给速度较钻头完全钻入管板内时低。优化切削参数后的深孔钻钻孔质量(孔桥尺寸)统计数据如表 2,表中数据全部达到标准要求:始钻面孔桥尺寸 4.50~5.10 mm,终钻面≥96%的孔桥尺寸不小于 2.56 mm。另外,该试件管孔实际直径 φ16.21~φ16.35 mm(理论值为 16.20+0.15.0 ),管孔表面粗糙度(Ra)均不大于 12.5μm。

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