| 1 引言
普通鉆削加工孔的質量一般較差，比較突出的問題是孔表面質量低、出口毛刺較大。在微小孔加工中，由于刀具制造困難等原因不便采用鉆、擴、鉸等多工序加工，當孔的一端在開口較小的腔內時，機械去除毛刺也比較困難；當在塑性較大的材料上加工微小孔時，孔的質量問題將更加突出，必須采用新技術、新工藝，以便使微小孔的加工質量有較大提高。 軸向超聲波振動鉆削是一種新的孔加工工藝，具有優(yōu)良的工藝效果。在鉆削過程中使鉆頭相對于工件沿鉆頭軸線方向超聲波振動，刀具實際切削角度、刀刃與工件的相對運動速度都呈周期性變化，實際切削厚度一般也呈周期性變化，鉆頭主切削刃和橫刃的切削條件得到改善，平均軸向鉆削力降低。將軸向超聲波振動鉆削方法用于微小孔加工，可使孔的表面粗糙度降低，表面質量得到改善，出口毛刺的高度和厚度均較普通鉆削小得多。 2 振幅對表面粗糙度的影響分別采用普通鉆削及不同振幅的軸向超聲波振動鉆削加工微小孔，然后將孔剖開，用光切法對孔壁表面粗糙度進行測量。發(fā)現振動鉆削加工的孔的表面粗糙度Rz與普通鉆削有很大差異，且Rz與振幅關系密切。圖1為測量結果，a=0為普通鉆削。試驗條件：HSS直柄麻花鉆直徑f0.32mm,轉速n=7100r/min,進給量f0=0.003mm/r,振動頻率F0=20kHz,工件材料為18Cr2Ni4WA低碳合金鋼；當振幅a選擇在0.5 m～1 m范圍內時，表面粗糙度RZ值最低，振幅選擇適當，表面粗糙度可比普通鉆削下降50%。一般來說，鉆頭磨損越劇烈,孔表面粗糙度Rz越大。普通鉆削時，孔表面粗糙度隨鉆頭累計鉆削長度的增加而增大，而在軸向超聲波振動鉆削中，孔表面粗糙度的增大趨勢十分緩慢,如圖2所示，試驗條件同圖1。
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圖1 振幅對表面粗糙度的影響
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圖3 振幅對平均軸向力、毛刺高度毛刺厚度的影響
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圖2 累計鉆削長度對表面粗糙度的影響
| 3 振幅對出口毛刺的影響在18Cr2Ni4WA低碳合金鋼微小孔鉆削試驗中，振動鉆削振幅對出口毛刺高度H和厚度B的影響見圖3。圖中曲線F為平均軸向鉆削力曲線，斜線區(qū)域分別為毛刺高度H和厚度B變化范圍。試驗條件：孔深2.2mm,其余同圖1。可以看出，毛刺厚度B隨振幅a而變化，變化趨勢與平均軸向鉆削力F的變化趨勢十分接近，兩者同是在a=0.5 m時最小。普通鉆削時毛刺厚度差別較大，振動鉆削時差別較小，a=0.5 m時毛刺厚度可比普通鉆削減小50%以上。毛刺高度H的變化趨勢與平均軸向力曲線基本接近，當振幅a=1 m時毛刺高度最小，約為普通鉆削的25%左右。 4 試驗結果討論在微小孔鉆削中，進給速度一般較低，極易出現爬行現象，切削速度恰好在鉆削積屑瘤生成范圍內，經顯微放大觀察發(fā)現，刀刃及刀刃轉角處都有積屑瘤生成，使普通鉆削微小孔時，孔表面粗糙度較大，孔表面上分布有許多撕裂痕跡。而在超聲波振動鉆削微小孔中，由于切削力、切削角度、切削厚度等的周期性變化，消除了進給爬行，抑制了積屑瘤的產生，相對于工件超聲頻振動的鉆頭對孔壁具有往復熨壓作用，使孔的表面粗糙度降低，表面質量明顯提高。測量結果表明，表面粗糙度Rz可比普通鉆削降低50%左右。微觀顯微觀察發(fā)現，振動鉆削的孔壁上切削痕跡細微、整齊、均勻，沒有金屬撕裂痕跡，表面完整性好。普通鉆削中鉆頭磨損較快，壽命較低。鉆頭磨鈍后，鉆削質量下降，孔的表面粗糙度明顯增大。而在超聲波振動鉆削中，因鉆頭周期性微弱沖擊作用，鉆削力降低，鉆頭磨損速度減慢，壽命提高，表面粗糙度隨累計鉆削長度增加而增大的趨勢減緩。 在孔加工中，一般軸向鉆削力越大，出口毛刺體積越大。而超聲波振動鉆削微小孔時，平均軸向力可比普通鉆削降低30%以上，鉆頭從工件底部鉆出時發(fā)生劇烈塑性變形和位移的材料較少，使毛刺的體積和重量都小于普通鉆削。試驗結果表明，振動鉆削時振幅不宜過大，對于直徑在(0.3～0.4)mm范圍內的微小孔，采用振幅a=(0.5～1) m為最好，毛刺高度H可減小至普通鉆削的1/4,毛刺厚度B可減小至/普通鉆削的1/2。 |
