摘要：在無氧銅 (TU1)深孔鉆削中，斷屑、排屑一直是加工中的難點(diǎn)。為解決這一問題，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行無氧銅?18 mm 深孔鉆削試驗(yàn)，研究斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量對(duì)切屑形態(tài)的影響規(guī)律。通過分析發(fā)現(xiàn)，斷屑槽的大小是影響斷屑的主要因素，主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量影響相對(duì)較小；無氧銅深孔鉆削的***佳工藝參數(shù)為鉆頭斷屑槽R=0.9 mm，主軸轉(zhuǎn)速n=255 r/min，冷卻液流量Q=90 L/min。

關(guān)鍵詞：無氧銅；深孔；鉆削；斷屑槽

一、引言

隨著科技水平和工業(yè)技術(shù)的不斷提高，無氧銅材料以其純度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好等優(yōu)越的電學(xué)性能，在航空、航天、兵器以及原子能等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。同時(shí)，無氧銅具有硬度低、塑性變形大、彈性模量小、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)[2]，導(dǎo)致無氧銅在加工過程中一直存在難以有效斷屑等難題，如何解決無氧銅機(jī)械加工過程中斷屑困難的問題是首要任務(wù)。無氧銅的深孔加工相對(duì)于其他加工方法更加困難，主要由于加工過程中產(chǎn)生的切削熱不易散去，易造成刀具發(fā)生粘接磨損。其***大的加工難點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)有效地?cái)嘈迹斐啥滦迹瑢?dǎo)致深孔鉆崩壞扭斷，嚴(yán)重影響內(nèi)孔加工質(zhì)量。常用的深孔加工方法中，槍鉆鉆桿截面呈 V型，排屑通道狹窄，且加工過程中鉆桿高速旋轉(zhuǎn)，雖然內(nèi)孔表面質(zhì)量較高，但對(duì)于長徑比較大的孔很難保證直線度[3]。相比之下，BTA 內(nèi)排屑深孔鉆排屑空間更大且孔的長度對(duì)加工影響較小，故本次試驗(yàn)選用BTA系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)外對(duì)無氧銅的機(jī)械加工做了很多研究。X.Ding 等[4]對(duì)無氧銅進(jìn)行微刀具切削試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，在較高的切削深度下，前刀面的局部應(yīng)力在坡口邊緣發(fā)生材料變形和堆積，采用減少交叉進(jìn)給的切削策略，可以提高微工具的切削性能，獲得恒定的切削力，減小毛刺尺寸，提高被加工表面的粗糙度。劉闖[5]通過進(jìn)行無氧銅微細(xì)切削加工仿真和試6]通過進(jìn)行無氧銅微細(xì)銑削銑槽試驗(yàn)，研究不同切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響。以上對(duì)無氧銅的研究主要是針對(duì)車、銑加工，而對(duì)無氧銅的深孔鉆削加工研究較少。

因此，本文通過對(duì)無氧銅進(jìn)行BTA深孔鉆削試驗(yàn)，研究和分析加工過程中斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液流量對(duì)切屑形態(tài)變化的影響[7]，分析得出無氧銅內(nèi)排屑深孔鉆加工***佳工藝參數(shù)。

1 深孔鉆削試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)條件工件采用銅鈮復(fù)合棒，中間材質(zhì)為無氧銅（TU1），工件外形尺寸直徑為 ?52 mm，長度為 1 500 mm。材料具體特性如表1所示[8-9]。

設(shè)備使用CW6163改造深孔鉆鏜床，鉆桿長度為2 000 mm，***大鉆削深度為 1 500 mm，使用四爪卡盤裝夾，切削液選用乳化液，試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。在加工過程中采用工件旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給的鉆削方式。試驗(yàn)鉆頭選用 ?18 mm 單刃內(nèi)排屑鉆表1 無氧銅材料屬性圖1 CW6163試驗(yàn)設(shè)備 圖2?18 mm 單刃內(nèi)排屑鉆

頭實(shí)物圖項(xiàng)目導(dǎo)熱系數(shù) /(W·(m·K)-1)密度 /(g·cm-3)彈性模量 /GPa數(shù)值4018.9110項(xiàng)目泊松比軟態(tài)硬度硬態(tài)硬度數(shù)值0.34HBS40HBS121··191頭，刀齒材料選用YG8[9]，刀齒與刀體采用焊接式連接。試驗(yàn)鉆頭實(shí)物如圖2所示，鉆頭幾何參數(shù)如表2所示[10-11]。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究無氧銅加工過程中斷屑槽 R、主軸轉(zhuǎn)速 n、冷卻液流速Q(mào)3個(gè)參數(shù)對(duì)切屑形態(tài)的影響規(guī)律。如表3所示，根據(jù)無氧銅材料的性能以及相關(guān)研究將因素設(shè)置成不同的3個(gè)水平，已加工工件內(nèi)孔如圖3所示。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

表 4 為無氧銅深孔鉆削試驗(yàn)及切屑測量情況表，按照L9（33） 正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行9組深孔鉆削試驗(yàn)，觀察每次試驗(yàn)的切屑形態(tài)，對(duì)加工過程中切屑形態(tài)的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較。深孔加工中切屑卷曲的形狀、切屑的長短寬度都直接影響排屑情況，當(dāng)切削容積系數(shù) R＜50 時(shí)可以順利排屑。試驗(yàn)采用單刃內(nèi)排屑深孔鉆頭，切屑的寬度通過分屑槽的寬度來確定。為了更好的排屑效果，根據(jù)鉆頭直徑的大小，一般磨1～3 個(gè)分屑槽。切屑的長度通常根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速和斷屑槽 R 的大小而變化。通過試驗(yàn)得出斷屑槽、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量對(duì)無氧銅鉆削試驗(yàn)中排屑的影響。

（1）斷屑槽R。斷屑槽尺寸對(duì)鉆削過程中斷屑的影響***為明顯。當(dāng)斷屑槽R=0.6 mm時(shí)，材料塑性較大，無法斷屑，造成鉆桿堵屑，試驗(yàn)無法加工；當(dāng)斷屑槽R=1.2 mm時(shí)，切屑較長且不規(guī)律，無法進(jìn)行有效地?cái)嘈迹壹庸み^程中鉆桿振動(dòng)，經(jīng)常造成堵屑，堵屑后造成刀具承受較大應(yīng)力，導(dǎo)致刀具損壞，如圖 4 （a）、4 （b） 所示。斷屑槽 R=0.9 mm 時(shí)，

得到的切屑為 1～2 mm，可以順利從鉆桿中排出，符合試驗(yàn)要求，如圖4 （c） 所示。

（2）主軸轉(zhuǎn)速。深孔加工鉆削過程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加，切削溫度升高，材料塑性進(jìn)一步增大，材料斷裂應(yīng)變?cè)龃螅行几y實(shí)現(xiàn)折斷；且鉆桿內(nèi)部排屑空間小，切屑較多，轉(zhuǎn)速過快時(shí)會(huì)造成切屑在排屑空間中擠壓、堆積，造成堵屑。在斷屑槽 R＝0.9 mm 可以順利斷屑的情況下，轉(zhuǎn)速達(dá)到n=335 r/min 時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)擠壓塊狀切屑，這種切屑的出現(xiàn)極有可能導(dǎo)致加工中出現(xiàn)堵屑，如圖4 （d） 所示。

（3）冷卻液流量。冷卻液的作用主要是吸收所產(chǎn)生的切削熱與為切屑的排出提供動(dòng)力。冷卻液流量對(duì)斷屑的作用很小，較大的流量可以對(duì)未斷的切屑產(chǎn)生沖擊，為排屑提供較大的動(dòng)力，降低切屑在排出過程中堆積的可能性。但是由于鉆桿空間有限，流量過大勢必會(huì)對(duì)加工系統(tǒng)的密封性提出更高的要求。

三、結(jié)束語

本文通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)無氧銅 （TU1） 進(jìn)行深孔鉆削試驗(yàn)研究，分析斷屑槽R、主軸轉(zhuǎn)速n和冷卻液流量Q對(duì)切屑形態(tài)的影響。得出以下結(jié)論：

（1）在無氧銅深孔鉆削加工過程中，斷屑槽 R 的大小對(duì)斷屑起到了重要作用，主軸轉(zhuǎn)速n影響次之，冷卻液流量Q影響***小。

（2）***佳無氧銅深孔鉆削加工參數(shù)：斷屑槽 R=0.9 mm，主軸轉(zhuǎn)速n=255 r/min，冷卻液流量Q=90 L/min。

附：（1）通過多體動(dòng)力學(xué)分析和有限元靜力學(xué)分析，找到曲軸旋轉(zhuǎn)一圈出現(xiàn)的5個(gè)危險(xiǎn)工位，得到曲軸應(yīng)力分析值，滿足曲軸的強(qiáng)度校核。

（2） 通過疲勞分析軟件對(duì)曲軸進(jìn)行疲勞分析，得到曲軸疲勞壽命與疲勞損傷分布云圖，找到疲勞***小循環(huán)次數(shù)1.23×107，疲勞位置發(fā)生在第2曲柄銷根部圓角處。

（3）采用動(dòng)力學(xué)仿真分析，有限元法數(shù)值計(jì)算及疲勞軟件仿真相結(jié)合的方式研究曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及疲勞特性，該方法具有通用性強(qiáng)、效率高、計(jì)算準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

來源：中國知網(wǎng)  作者：宋子洋，李眾，李文杰  編輯：王智圣