封闭小深孔出口端相贯倒角加工技术研究及应用
封闭小深孔出口端相贯倒角加工技术研究及应用
封闭小深孔出口端相贯倒角加工技术是机械加工领域的一个重要研究方向。本文针对封闭小深孔内圆弧过渡曲面的加工成型及镜面抛光技术难题，开发设计了一种新型的内圆弧倒角刀和抛光研磨装置，并通过试验验证了其效果。
针对封闭小深孔内圆弧过渡曲面的加工成型及镜面抛光技术难题，开发设计了一种新型的内圆弧倒角刀和抛光研磨装置，选取不同规格的细小孔进行了加工试验，试验结果表明，刀具结构设计合理，工艺方法先进，采用新设计的刀具及工艺方法所加工的小孔内圆弧过渡曲面成形精度高，表面粗糙度可达Ra0.2μｍ，加工效率提高5~6倍。
研究对象及技术要求
某关键设备孔壁分布有较多的细小孔,见图１，该孔处于半封闭状态，小孔直径为⌀11.1ｍｍ和⌀25ｍｍ两种规格，长度均为240ｍｍ，长径比分别为21.7和9.6，为典型深孔加工。小孔技术要求为表面粗糙度Ra1.6μｍ，小孔出口端与中心主孔孔壁曲面相贯，圆弧Ｒ光滑过渡要求Ra0.2μｍ（镜面效果），这对加工提出了极高的要求。
图1 小孔结构示意图
倒角刀的加工方法分析
目前，市场上已有专门针对封闭空间小孔出口端的倒角加工刀具，如COFA倒角刀、Savant反刮刀等，其加工原理见图２。刀具前端导向体进入孔中，刀片上的切削刃依靠弹簧片自身的弹力对孔口倒角和去毛刺，过孔后对出口端倒角和去毛刺。经综合分析，选用图３所示倒角刀对不同深度、不同直径的孔口倒角进行加工试验。试验结果表明，该刀具仅能去除小孔背面的毛刺、尖角，所加工孔的深度较小，主要适用于薄壁件、浅孔背面的沉孔加工和毛刺去除，不适于封闭空间细小深孔出口端相贯曲面的加工成型。
图2 小孔出口端倒角加工原理图
图3 COFA倒角刀加工原理
与方案设计
根据零件的结构特征和技术要求，结合多年在非标刀具设计和应用方面的经验，提出了封闭小深孔内圆弧过渡曲面加工成型及镜面抛光技术路线。其基本思路是：设计Ｒ圆弧刀，刀具自动张合，实现自动进刀、退刀功能。刀体收缩进入孔内，刀体在主轴旋转产生的离心力作用下自动伸出，开始切削时主轴后移，切削过程中刀具随形运动实现过渡曲面成型，加工完毕自动收刀退出，加工原理见图4。
图4 刀具加工原理
产品加工应用
自主开发设计的细小深孔内圆弧倒角刀具，完成了某关键设备核心零部件的加工制造，产品联检一次合格，见图5。
图5 产品加工
通过技术研发创新，采用自主开发研制的专利技术成果，在国内首次采用机械加工的方法实现封闭小孔内圆弧倒角，替代传统的手工打磨方法，加工验证表明，工艺方法合理，操作简便，倒角成型效果良好，加工效率较传统方法提高5~6倍，加工质量稳定可靠，其成熟度可用于工业生产，达到预期目标。该方法在国内属于首创，处于领先水平，填补了细小深孔封闭内圆弧高精度加工技术领域空白。
结论
（１）分析研究了倒角刀加工、变径镗刀加工和打磨成型三种小孔出口端倒角加工刀具及方法的优劣，从技术可行性、加工质量稳定性、加工效率、制造成本、操作便捷性等方面综合评价，不能实现细小深孔内圆弧相贯曲面的高光洁度加工。
（２）根据小孔结构及精度指标要求，提出了封闭小深孔内圆弧过渡曲面加工成型及镜面抛光技术路线，采用自动张合原理开发设计了内圆弧倒角刀，达到了过渡曲面成型加工的需求，粗糙度提升至Ra0.2μｍ。
（３）通过切削加工试验，验证了刀具设计结构的合理性，获得了关键小孔加工的工艺方法和切削参数，加工试验结果表明，刀具结构设计合理，操作简单方便，经济适用。
（４）采用机械加工法加工细小深孔内圆弧倒角，曲面成型质量好，加工效率较传统方法提高5~6倍，实际加工效果显著。