配油軸深孔加工表面硬化的解決辦法

作者：宋立軍 徐家品 秦曉紅 胡焱修

單位：中船重工集團第七二二研究所

來源：《金屬加工（冷加工）》2017年第15期

1.現狀

機械零件上的孔，當其長度和直徑比≥5時，通常稱為深孔。深孔加工一般難度都比較大，尤其是隨著長徑比的增大，加工難度也越高，在機加工行業這歷來是一項難題。

現有配油軸，材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，在該軸上有4個深孔，其孔徑和孔深分別為φ14mm、深403mm（長徑比28.8）；φ14mm、深387mm（長徑比27.6）；φ14mm、深170mm（長徑比12.1）；φ9mm、深300mm（長徑比33.3）。其中有3個孔的長徑比在30左右，屬於特殊深孔，加工難度極大。配油軸如圖1所示。

2.加工難度

（1）材料方面。配油軸的材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，其與45鋼的材料性能對比如表1所示，這種不鏽鋼材料對加工造成的困難如下：①金相組織為馬氏體，在加工過程中極易形成加工硬化，從而造成刀具的嚴重磨損。②熱強度高，這與其他材料恰恰相反，因而溫度越高，切削力就越大，消耗的功率也就越多，從而形成惡性循環。③塑性非常好，鑽削時極易形成積屑瘤，使刀具壽命急劇降低。④導熱係數非常低，導致鑽削產生的熱量難以散發出去，進一步惡化了鑽削環境。⑤線膨脹係數比45鋼大，在冷卻後會出現孔徑比鑽頭尺寸小的情況，這在深孔加工中會產生嚴重的後果。

（2）加工方面。①鑽削過程中充滿了摩擦，隨著鑽孔深度的不斷增加，這種摩擦不斷加大。在鑽削過程中，內外摩擦力反映在鑽頭上就是鑽削力，將產生大量的熱量。②由摩擦和鑽削力所消耗的熱量，又轉化為切削熱，進一步惡化了鑽削環境。③深孔加工時，排屑非常困難，孔中要麼始終充滿著細粒狀切屑，要麼始終纏繞著螺旋帶狀切屑，對鑽頭的磨損很大。④加工深孔時，由於鑽頭過長，其剛性較差，極易產生振動，導致鑽頭崩刃或折斷。

加工難度的核心就是散熱、冷卻及潤滑問題。

3.解決辦法

（1）刀具方面。以前刀具採用以鎢、釩、鉬和鈷為主要合金元素的高合金工具鋼，現採用德國進口含鈷高合金鑽頭HSS-E。其硬度、耐熱性、耐磨性及允許的切削速度遠高於一般高合金工具鋼。

（2）工裝方面。研製一套特製的工裝，如圖2所示。

即為配油軸專門做一個直徑300mm、高360mm的圓筒，鑽孔加工時，將配油軸插入圓筒中，圓筒底部與配油軸通過O型密封圈進行密封。然後將切削液注入圓筒內，液面超過配油軸頂部，加工過程中，切削液可以重複使用。該圓筒底部設有泄水孔，加工完後可以方便地泄水。

在鑽孔過程中，配油軸外部始終浸泡在切削液中，切削液能夠充分帶走配油軸上的熱量。另外，切削液會自動流入已鑽的孔中，從而對孔內進行實時冷卻。在內外雙重冷卻的條件下，大量的切削熱被切削液帶走，配油軸的深孔加工環境得到極大的改善，從而避免了配油軸深孔加工過程中表面硬化的產生。並且切屑在流體環境中變得更加容易排出。

（3）切削參數方面。不同直徑鑽頭的切削參數如表2所示。

4.結語

通過刀具、工裝以及切削參數方面的改進，較好地解決了多種同類型配油軸深孔加工中的散熱和排屑等問題，極大提高了加工效率和產品質量，使得深孔加工後的尺寸精度達到H8～H10級，表面粗糙度值達到Ra=6.3～12.5μm。這對於類似不鏽鋼產品的深孔加工具有一定的參考價值。

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