深孔加工技術之切削的處理
3.卷屑
在深孔加工中，希望產生較規(guī)則的小C形屑，這種切屑的切屑容積系數(shù)小容易排出
，卷屑消耗的功率不大。C形屑的形成是由卷屑臺肩的作用與切削速度v、進給量f適當配合而實現(xiàn)的
。
卷屑就是切屑的卷曲，即切屑在某一方向上存在著流出速度差
，導致切屑上下或者左右受力不均
，從而發(fā)生卷曲的現(xiàn)象。按照切屑離開刀具的方向，一般可分為向上卷曲和橫向卷曲兩種形式
。
切屑的向上卷曲是切屑上下面受力不均在厚度方向上產生的向上卷曲
，如圖1.22所示，切屑底層的流出速度Vht大于上層的流出速度V
，它的軸線近似的平行于刀具與切屑的分離線
。
切屑的橫向卷曲是切屑在左右面受力不均在寬度方向上產生的卷曲現(xiàn)象，如圖1.23所示
，在切屑底面內沿寬度方向存在流出速度梯度
，使切屑以角速度ωz繞切屑底面的法線方向旋轉，從而產生橫向卷曲
，其卷曲軸線一般垂直于切屑底面
。
切屑向上卷曲屬于切屑的二維變形，而切屑橫向卷曲屬于三維變形
。實際加工過程中
，切屑卷曲受到切削條件、切削參數(shù)和刀具幾何參數(shù)等因素的影響
，在深孔鉆削過程中還受到刀具刃傾角λ
、副切削刃與刀尖圓弧部分的影響，以及沿切削刃剪切角變化的影響等
。綜合考慮這些因素
，在深孔加工過程中不會得到真正意義上的橫向卷曲，大多情況下是向上卷曲和橫向卷曲合成的斜向卷曲
，因為只有這種卷曲形態(tài)才能出現(xiàn)螺旋褶皺寶塔型切屑
。
4.斷屑
斷屑是指切屑每隔適當長度自行折斷。當切屑從前刀面上流出時
，由于帶傾斜（或圓?div id="d48novz" class="flower left">
。┚硇寂_的作用，使切屑增加一部分附加變形
，切屑材料失去一些塑性.然后頂?shù)娇椎?div id="d48novz" class="flower left">
，切屑在彎矩作用下再變形，當這種變形達到足夠的程度時
，則產生斷屑
。在斷屑措施中，注意消耗功率盡可能小些
，不要使切屑產生過大的附加變形
，圖1.24為向上卷曲切屑在一個折斷周期內切屑的變化情況。
從圖1.24可以看出：切屑上卷半徑達到最大值時
，切屑將要折斷
；切屑切斷后
，上卷半徑為最小，但不為零
。這表示切屑不是在根部折斷
，而是在離開前刀面后保留一段初始卷曲的部分斷開。切屑在內環(huán)面（即切屑的頂面）發(fā)生應變
，應變隨著切屑的繼續(xù)流出而增大
，最后切屑被折斷，成為C形屑
。
通常切屑折斷方式有以下四種：工件阻礙型
、螺旋型、后刀面阻礙型和橫向卷曲型
，如圖1.25所示
。
切削過程中所形成的切屑，由于經過了比較大的塑性變形
，硬度將會有所提高
，而塑性和韌性則顯著降低，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化
。經過冷作硬化以后
，切屑變得硬而脆，當它受到交變的彎曲或沖擊載荷時容易折斷
。切屑所經受的塑性變形越大
，硬脆現(xiàn)象越顯著，也越容易折斷
。在切削難斷屑的高強度
、高塑性、高韌性材料時
，應設法增大切屑的變形
，以降低它的塑性和韌性
，達到斷屑的目的
。
在深孔加工過程中，如果切屑可以周期性的折斷
，可利于切屑的處理
；如果切屑不能周期性的折斷或者不自然折斷，那么必須采取一定強制措施
，迫使其折斷
。常用的方法有斷屑槽法、改變刀具幾何參數(shù)法和調整切削用量法
。無論采用哪種方法
，其折斷理論都為最大應變理論，切屑內部產生的應變與切屑厚度的大小成正比，與切屑卷曲半徑成反比
。要想折斷切屑
，必須增大切屑厚度、減小切屑卷曲半徑和降低切屑斷率應變值
，這三者在斷屑中起著同樣重要的作用
，只有選取三者的合理匹配值，才能得到滿意的效果
。
5.不斷屑
對于奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti
、沉淀硬化不銹鋼 0Cr17Ni4Cu4Nb 和鈦合金TC4等難加工材料，盡管采取上述各種加工方法
，也很難實現(xiàn)斷屑
，反而形成厚而韌的螺旋長屑，經常出現(xiàn)堵屑
。實踐證明
，這些材料的加工不宜采用斷屑方式，可使其形成長條屑
，控制切屑的寬度和厚度
，使之形成窄而薄的褶皺長條切屑，則可隨切削液非常順暢地排出1
。這樣
，在鉆削過程中切削非常平穩(wěn)，避免了斷屑時的沖擊
，提高了鉆頭的耐用度
，保證了深孔加工的順利進行。綜上所述
，深
孔加工中切屑的處理是一個關鍵技術
，不能完全追求斷屑，某些難切削材料
、小直徑孔徑的深孔加工
，不斷屑，往往是正常切削的前提
。
1.3.3
合理導向
由于深孔的長徑比大
，鉆桿細而長，剛性較低
，易產生振動
，并使鉆孔偏歪而影響加工精度和生產效率，因此深孔加工的導向問題需要很好地解決
。深孔加工刀具通常利用副刀刃和兩個導向塊三點定圓自身導向進行切削
。合理布置這三點
，是深孔加工過程正常進行需要解決的主要問題之一。通常按以下兩種原則來確定深孔刀具導向塊的合理分布
。
1.按深孔刀具的穩(wěn)定度確定導向塊的合理分布
1）深孔刀具的受力狀態(tài)深孔刀具的受力狀態(tài)如圖1.26所示
。深孔刀具所受的力可分為以下三類。
(1)切削力：可分解為相互垂直的切向分力Fzi
、徑向分力F和軸向分力Fu
(2)摩擦力：導向塊相對孔壁轉動時產生摩擦力Fn和Fa
；導向塊沿軸向移動時與孔壁之間產生軸向摩力Fa1和Fa2；同樣
，副切削與孔壁的摩擦力為Fa和Ft3o
(3)導向塊的擠壓力：導向塊和副切削刃與孔壁之間的擠壓力為N
、和Ns。
2)深孔刀具的穩(wěn)定度
深孔刀具要在工件中正常工作
，導向塊必需始終保持與已加工孔壁接觸
，并有一定的壓力存在，才能保證加工過程的穩(wěn)定性
。據(jù)此
，引入靜力學中“穩(wěn)定度”的概念作為合理布置刀刃與導向塊位置的理論依據(jù)。
穩(wěn)定度在這里是對某一個導向塊而言的
。穩(wěn)定力矩是指以要考察的導向塊作為支點
，使非考察的導向塊壓向孔表面的力矩。相反
，傾覆力矩則是指使非考察的導向塊脫離孔壁的力矩
。因此，一個深孔刀具有兩個穩(wěn)定度
，即導向塊1的穩(wěn)定度Si及導向塊2的穩(wěn)定度S
。對于整個深孔刀具的穩(wěn)定性，應該把兩者中小的作為該刀具的穩(wěn)定度S
，即
當S1>S2時
，S=S2；
當Si<S2時
， S=S1
；
當S>1時，表示刀具處于穩(wěn)定狀態(tài)
；S=1時
，表示刀具處于臨界狀態(tài)；S<1時
，說明刀具處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
穩(wěn)定度S可以作為確定導向塊位置的依據(jù)
。為了計算深孔刀具的穩(wěn)定度
，根據(jù)導向塊可能布置的四種情況
，如圖127所示，給出四種情況下穩(wěn)定力矩Mw與傾覆力矩Mq的計算公式
，見式(1.4)~式(1.7)
。
式中，F(xiàn)ver為垂直方向(Z向)合力
，N
；Fhor為水平方向(Y向)合力，N
；Ms為切削合力矩
，N·m；Mb為鉆桿對鉆頭支承力矩
，N·m
；R為鉆頭半徑，m
；8
、&分別為兩個導向塊的位置角。
根據(jù)穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的計算公式：
S=f(F,Fo,M
，M,R,8,8)
當切削力計算出來后
，F(xiàn)ver、Fhor
、Ms
、M為常量，R亦為常量
。此時
，穩(wěn)定度S是位置角&和&的函數(shù)，即
S=f(8
， o)
取&和&可能變化的范圍
，并取適當?shù)脑隽浚ㄒ话銥?°~5°），算出任意和組合時鉆頭的穩(wěn)定度
。取穩(wěn)定度最大(Si=Sz)時的&和&作為導向塊布置的位置角
。在實際應用時，為了減少計算量
，節(jié)省計算機運行時間
，可將&和&適當匹配（一般取&-&=90°），這樣S就為單變量函數(shù)
。通過單變量循環(huán)計算
，可獲得。和&在一定的匹配下穩(wěn)定度最大時的位置角
。
2.按導向塊受力確定導向塊的合理分布
深孔刀具導向塊的布置
，亦可按兩導向塊所受正壓力N和N相等原則來確定
。當受力相等時，兩導向塊磨損均勻
，同時達到磨鈍標準
，避免了受力不均，一個導向塊磨損過快而導致的刀具過早報廢
，節(jié)省材料
。在8和&可能的范圍內，取適當?shù)脑隽浚ㄒ话銥?°~5°）
，計算出使N=Nz時的&和&值
，該值即為受力相等時兩導向塊布置的位置角。
按穩(wěn)定度S最大原則和兩導向塊所受正壓力M和N相等原則計算所得導向塊位置角是不同的
。從深孔加工穩(wěn)定性
、加工精度和刀具耐用度等方面綜合考慮，
按最大穩(wěn)定度原則來確定導向塊的位置角和&比較合理
，對于由此產生的兩導向塊受力不相等
，磨損不均勻的缺陷，可以采取把受力大的導向塊的寬度加大
，增加承受載荷的面積的方法來彌補
。
因此，深孔加工技術可理解為：使用一定壓力的冷卻潤滑液及排屑系統(tǒng)
，采用導向良好的深孔刀具
、機床和附加裝置，使之達到高效
、高精度的加工深孔的目的
。
