錯(cuò)齒BTA中間齒斷屑槽的實(shí)驗(yàn)研究

李夢(mèng)龍，張偉，賀鳳寶，胡建忠，喬華

(大連工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧大連 116034)

BTA深孔鉆［3］是內(nèi)排屑深孔鉆的一種典型結(jié)構(gòu)，它是在單刃內(nèi)排屑深孔鉆的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，其切削刃呈雙面錯(cuò)齒狀，切屑從雙面切下，并經(jīng)雙面排屑孔進(jìn)入鉆桿排出孔外。BTA深孔鉆切削力分布均勻，容易分屑且斷屑性能好，鉆削平穩(wěn)可靠，鉆削出的深孔直線性好［1］。

某公司在使用錯(cuò)齒BTA鉆孔時(shí)，出現(xiàn)了斷屑不好的狀況。斷屑問(wèn)題是BTA鉆削中遇到最多，也是最主要的問(wèn)題［2］，其中中間齒加工條件最差。為了解決斷屑問(wèn)題，改變刀具的中間齒斷屑槽槽寬進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得到切削力和切屑。

1 實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)使用3支中間齒斷屑槽槽寬L不同、其余參數(shù)相同的φ20 mmBTA刀具，在較合理的加工參數(shù)下鉆削45鋼，并分析中間齒斷屑槽槽寬L對(duì)中間齒斷屑的影響。

實(shí)驗(yàn)刀具是采用從美國(guó)EJ Co.INC購(gòu)買(mǎi)3支參數(shù)相同的BTA鉆頭，如圖1。

圖1 錯(cuò)齒BTA

為了排除其他參數(shù)對(duì)切削實(shí)驗(yàn)的干擾，3支刀具 選擇了共同的幾何參數(shù)［5］，只有中間齒的斷屑槽槽寬L不同。3支刀編號(hào)為1、2、3，其中1號(hào)刀用EJ公司推薦的參數(shù)，其余兩支刀對(duì)中間齒的斷屑槽槽寬L進(jìn)行刃磨，3支刀中間齒斷屑槽槽寬L分別為1.61 mm、1.23 mm、1.87 mm。其共同的主要幾何角度參數(shù)如表1所示。

表1 3支試驗(yàn)刀具共同幾何參數(shù)表

被加工工件材料為45鋼，45鋼因?yàn)槠淞己玫木C合機(jī)械性能而被廣泛應(yīng)用，故對(duì)其進(jìn)行鉆削實(shí)驗(yàn)具有普遍的指導(dǎo)意義。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在較合理的切削參數(shù) (進(jìn)給量0.20 mm/r)下，用3支刀具鉆削45鋼，鉆孔孔徑為φ20 mm，孔深120 mm，切削速度62.8 m/min，油壓2 MPa，鉆削過(guò)程中用YDZ-II02壓電鉆削測(cè)力儀記錄切削力，收集切屑，并對(duì)所得到的數(shù)據(jù)和切屑進(jìn)行分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將表2的數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖 (如圖2)，從圖中可以看出，3號(hào)刀具的軸向力和扭矩均為最大，觀察切屑可以看出，其中間齒不斷屑，切屑積壓纏繞在副排屑口不能排出，使其切削力增大，與中心齒和外齒抵消后的作用力轉(zhuǎn)化為第二導(dǎo)向條的正壓力，增大了第二導(dǎo)向條與孔壁的摩擦，所以扭矩和軸向力均增大。1號(hào)和2號(hào)刀具的切屑稍短，反映到第二導(dǎo)向條的正壓力相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，切削力較3號(hào)刀具來(lái)說(shuō)減?。?］。

表2 3支刀具鉆削45鋼軸向力和扭矩的數(shù)據(jù)表

圖2 3支刀具扭矩、軸向力折線圖

3支刀在轉(zhuǎn)速1 000 r/min、切削速度62.8 m/min、進(jìn)給量為0.20 mm/r下的切屑形態(tài)如圖3所示。

單管鉆功能正常的一個(gè)重要因素是切屑能夠順利地通過(guò)鉆頭和內(nèi)鉆管。因而，切屑的形成應(yīng)排在第一位。3支刀具的外齒和中心齒的斷屑槽參數(shù)相同，所以切屑形態(tài)大致相同，但中間齒的斷屑槽卻有明顯的不同:2號(hào)刀的斷屑槽槽寬L最小，附加給切屑的變形力最大，所以切屑為理想的C型屑;1號(hào)刀的斷屑槽槽寬L大于2號(hào)刀，其中間齒的切屑較長(zhǎng);3號(hào)刀斷屑槽槽寬L最長(zhǎng)，其切屑的變形最小，附加變形力不足以使切屑折斷，導(dǎo)致形成長(zhǎng)條型的切屑。

綜合切削力和切屑兩方面的分析得出:2號(hào)刀具切削性能最好。

圖3 3支刀具的切屑

3 結(jié)論

(1)錯(cuò)齒BTA鉆中間齒的斷屑槽槽寬對(duì)中間齒的斷屑有影響。在切削速度為62.8 m/min，進(jìn)給量為0.2 mm/r下加工45鋼，中間齒斷屑槽槽寬較窄時(shí)，中間齒斷屑效果明顯，切屑呈C型屑，而中間齒斷屑槽槽寬較長(zhǎng)時(shí)斷屑不好，切屑呈長(zhǎng)條型。

(2)中間齒不斷屑，會(huì)影響第二導(dǎo)向條的摩擦力，使軸向力和扭矩突變。

［1］何定健，李建勛，王勇.深孔加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展［J］.航空制造技術(shù)，2008(21):93－97.

［2］李英，曹選平.BTA深孔鉆斷屑研究［J］.工具技術(shù)，2007，41(11):94 －97.

［3］RICHARDSON R，BHATTI R.A Review of Research Into the Role of Guide Pads in BTA Deep-hole machining［J］.Journal of Materials Processing Technology，2001，110(1):61－69.

［4］張中民，張光偉，李哲，等.刀片槽型對(duì)斷屑性能的實(shí)驗(yàn)［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，6(4):38 －43.

［5］王玲君，楊富明，鄧曉曉.錯(cuò)齒BTA鉆深孔加工刀具設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電技術(shù)，2011(2):91－93.