在某加工實例中,需要在一個17-4PH不銹鋼U型鑄件上鉆削直徑為1/4'(6.4mm)、斜度25°的通孔。在鉆床鉆孔前,按需要的角度在夾具上夾緊工件,然后在夾具上安裝帶淬硬鋼襯套的鉆模。鉆孔時產生的鐵屑和冷卻液四處飛濺,且因為出孔時鉆頭不時會斷裂,斷裂飛射物易造成人身傷害。
即使在今天,采用鉆床和帶襯套的鉆模仍是批量孔加工的有效方法,特別是在加工斜孔時更行之有效。這是因為鉆模襯套支撐著鉆頭,可防止鉆頭入孔時彎曲,出孔時可使操作者降低鉆削壓力以避免鉆頭斷裂。當加工批量較小時,很少采用鉆模夾具,操作者憑自己的經驗引導鉆頭加工斜孔。很多孔加工在橋堡鉆床(Bridgeport)上完成,該鉆床可使操作者獲得更好的加工感覺,而在其他金屬去除率高的大型臥式鏜銑床或大型手動機床上卻沒有。
圖1 在立式銑床上鉆削加工電纜卷筒軸斜孔時需要精細(鼠標懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)
在加工316不銹鋼的電纜卷筒軸孔時需要細致的加工。將工件安裝在橋堡鉆床工作臺上,主軸頭傾斜45°,找到孔的中心線,然后用立銑刀在所需位置锪平面,接著采用HSS直柄鉆頭加工到交叉孔位置。可采用不同的方法來加工電纜卷筒軸孔,也可以借助正弦塊使工件傾斜至所需角度,這時需要計算來保證孔的正確位置。當鉆至出孔位置時,需要有良好的加工感覺,因為這時鉆頭可能會折斷,這也是采用韌性更好的HSS鉆頭而不用合金鉆頭的原因。
除加工機床外,加工斜孔的最好方法是采用四棱邊鉆頭。每個切削刃帶兩個棱邊的鉆頭可使工件和鉆頭的接觸更充分。特別是在出孔時,這種結構有助于引導鉆頭和防止鉆頭偏移。對于鉆削淺孔,當孔的斜度較小時通常不用引導孔來鉆削,但當鉆削韌性很高的材料或位置精度要求高的孔時需要鉆引導孔。對于深徑比在8∶1以下的孔,通常也可以直接鉆削。如果采用瓦爾特DC170那樣的鉆頭,由于其棱邊對鉆頭周邊起到充分支撐作用,可防止振動和偏移,加工時可不鉆削引導孔。
對于大多數的斜孔鉆削,推薦在入孔和出孔時采用比正常低30%-50%的切削速度和進給量。在需要引導孔的場合,通常不用鉆頭鉆引導孔,而采用底齒中心切削的立銑刀來銑尺寸相同或略大的引導孔。比銑引導孔更好的方法是:采用鉆尖為180°的平底鉆來鉆引導孔,可獲得更高的金屬去除率、加工精度以及更長的刀具壽命。
套料鉆也可用于斜孔加工,它看起來像一把中空的立銑刀,加工時不與孔中心部位的材料接觸,而是通過移除孔周邊的材料來加工精確孔。在取出套料鉆時,芯部材料被彈出。因為套料鉆移除的是孔邊緣部分材料,加工所需的功率和推力比傳統的制孔工具低很多,因此套料鉆更適合在磁力鉆床和手工鉆床上使用。當CNC機床的主軸功率有限時,套料鉆也常用于制孔。在孔的傾斜度≤20°時,套料鉆也可用于斜孔加工。如果所加工的材料不是軟質材料,加工時的橫向載荷會非常大,這時刀具就有破碎的危險。建議在入孔時降低進給速度,直到鉆頭完全鉆入。因為套料鉆完全自支撐,在出孔時不必降低進給速度。
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圖2 套料方法通常用于加工≤20°的斜孔(鼠標懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)
鉆斜孔時一般要采用襯套來支撐鉆頭,有時可采用軟質金屬如黃銅而非淬硬鋼來做襯套。某客戶在鉆斜孔時發現,切屑會纏繞在鋼制襯套和刀具之間。把襯套改成黃銅后,排屑得到改善,繞屑問題也完全解決。
當需要加工復雜、復合角度的斜孔時,采用鉆模襯套的方法既不切合實際也不經濟。
加工復雜和高精度孔時,首先要考慮的是精度要求和毛刺狀況。槍鉆依靠襯套將單刃的、非中心切削的鉆頭導入工件,也通過襯套提供高壓切削液。例如,鉆削汽車曲軸軸承頸的斜孔時,需采用特殊設計的襯套,使襯套的凹面與軸承頸貼合。除采用特殊磨削的鉆尖外,在鉆頭周邊采用耐磨墊、正確的線速度和進給可保證成百上千的孔按預期精度加工。
斜孔加工的最大挑戰之一是控制毛刺。在交叉孔處或出孔時,鉆尖附近的切削液壓力降至接近零,排屑性能下降,切削區域的溫度上升。如在批量生產中采用的是特殊槍鉆,鉆頭與工件只有一側貼合,產生不均勻的鉆削力,因而不能有效切削,其結果是切削時工件材料傾向于被擠壓而不是剪切。
另一個常見問題是如何檢驗交叉孔(如注塑模具和大量汽車零部件中的交叉孔)。例如,要鉆削一對直徑為0.080'、在4'-6'處相交的孔,就沒有實際可行的精確檢測方法。三坐標機可用于探測零件內孔的相交位置,但不能檢測鉆孔是否偏移。對此,最好是采用管道鏡來檢測相交孔。