深孔
钻
削技
术及其负压抽屑
系统
太原机械学院工
艺研究所汪志
明米志德王峻
提要】本文概述了!
钻削技术的优点简
要
阐述了!
深
孔钻负
压抽屑作
用的机理介绍了影响
负压抽屑效果
的实验数据和规律对
于!
钻削
技术
的推广应用有参
考价值
钻削技术的
优点
单
管内排屑
喷吸钻#通
称
系
统∃是
在继承
%&∋#
单管内
排屑深孔钻∃和双
管喷吸钻
二者
优点
的基础上
研制出来的一
种深孔钻削技术
系统的工作原理是(
系统供
给的冷却
润滑液
经流量
控制阀分
流一
部分经切
削通道
输人切削
区
这
部分流量称切
削区
流量)
它的
作用
是冷却
钻
头润滑切
削刃
和导
向块并把切屑
带人
排屑通道
排
出+
另一
部分经
负压通道及
负压
装置锥形喷
嘴#见图
,∃
高速射人
排屑通
道这一部分
流量
称为
负压通道
流量)
它的作
用是与排屑通道
中的
冷却润滑
液进
行能量
转换获
得局
部负压
区实
现负压抽屑切削
区至
负压喷口之
间的
钻杆内
通道为前
排屑通道+
负压
喷口之
后的
通道为
后排屑通道试用证
明负
压抽
屑可靠装置
结构紧凑造
价低
易于制造与推∃
该装置
已经成功地
用于孔径为−
.,
./.0
毫米长径
比为12
以
上的
高效精密深孔
加工取得
了
良好的效
果
实践证明
深孔钻削
技术与
枪钻
比较其
钻
杆刚
性好可换
用不同
钻头
内排屑
性能好
钻
杆质心与钻
杆回
转轴心一致
进油
在孔壁与
钻杆之间
起到减振作
用
所以钻削
加工
质量好但
应指出孔
径1
毫米以下的
深孔钻头在
制造
和刃
磨上均比
枪钻困难故建议孔径1
毫米以下的深孔加工仍以
采
用枪
钻为宜
钻削与%&∋
钻削系统
比较
在加工孔
径,2
毫米以卜深孔
时因有
负压
抽屑而
有优越性与喷吸钻
比
较则其
完全具
备喷吸
钻的
优点而
避免了
采用双
管专用钻杆以及由此造成内
排屑孔径
减小的缺点
钻削
技术的负
压抽屑
系统
.
负压
抽屑
机理
取切削区排屑通道人口至
负压喷口之
间的
单元流
体为研究对
象如图/
所示在无
负压效应的
情况
下能量
方程为(
4
5
十∀二
46义7
8
‘二
止
取9
仪:5
;58
二十
止幼牛8
<#=∃
腮
心
式中(5∗5?一≅Α
截面处的比
位能+
4
氏一≅Α
截面处
的平均压力+
77
一≅Α
截面
上的平均
流速+
,,一≅Α
截面处的动能
修正系
数+
图卜
深孔
钻削系统
.
一切削区+
,
一工件+/
一
前排屑通道+Β
一
输油头+Χ一
负压装
置二0
一
负压喷口
、7
二7
二7
又
#
=∃
式得(
乙Δ
Ε
‘户一
冷却润滑液
密度+
<
厂沿程能量损
失水头
对干我们
研究的对象5;5
因是
紊流流动取(
一
气二=
则从
4
一9;=∃
6<Φ
当存
在负压效应时#=∃
式为(
尸
丫尸
58
一二8∀二
一Γ
;5
46
落#,∃
尸
8
一一二
46
8<
乙#/∃
7
飞”7;7乙助
涸
图/
一
前排屑通道
图,
一负压装置锥形喷嘴结构卜
排屑通道人口
+
,
一负压喷口
我们
研制成功的可用于高
速钻削孔径0
毫米以Φ
深孔的通用
型可调
式高效负
压抽屑装置
经长
期生产同理Ι
,∗二5(
二(
;=
如
设沿程能量损失受负压效应的
影响不大即
<’ϑ
;
玩则
从#/∃式
得(
4一4
一
奥。#
5:
△:
8
△:,∃
十96<Φ
#Β∃
式中
△7为存在
负压效应时
负压
区流速
的
增量即
∋7
;7一7
由
式#,∃与式
#Β∃比较可
知由于
负压抽屑
作用使前排
屑通道压
差增大其
增量产生的
抽吸力
直接作
用在切屑匕表现为主动
抽屑
提高了
排屑
能
力
在
试验中还发现切削区
压力4
也受
负压抽屑
作
用的影响
而下降由式#Β∃减式#,∃
得(
△9;
△9一2Χ户#
57△:8
△:,∃#
Χ∃
式中△9;9
一9+
△9;9
一4
因仓Μ9#,:
乙:十么:5∃恒为正遁
所以
表现为
主动抽屑而△4表现为
提高了切削区的动
载能
力
,
影响
负压抽屑效果的主要
参数
由以卜分
析可
知负压区压力越
低#即
负压效应
越好∃则
负压
抽屑效果
越好而
负压值的
提高
只
能
通过
提高负压射流的能量及
其转换率来实现
根据流
体力
学理论
负压
装置锥形
喷嘴
负压射流具
有的动量
取其轴向分量
和径向分
量,
分
别为(
9
,。(
冗Ο占
户
气)
二
兀口占#0∃
≅Π‘
Δ#Θ∃
。。)
二
兀沥Μ
ΓΡ王
Δ#
1∃
式中)
为
负压通道
流量+Ο
为
负压
喷口直
径+
占为
负压喷
嘴锥环
通道
间隙+Δ
为
负压喷嘴喷
射角+
气
为
负压喷口处的动量修正
系数
由式#0∃
一#1∃可知
负
压通
道流量)
间
隙Σ
和喷射角Δ
直
接影响射流动量及
其分
量由
流体力
学能量转
换理
论分析
轴向分
量
影响
转换
能量
大小径向分量,
影响能量的
转换率通过正
交设
计试验表
明(
间隙占对负压
效应
的
影响最大+
其
次是喷
射角Δ+
流量)的
影响最小
分述如下(
间隙占
对负
压效
应的
影响(
若在Δ
与)
选定的
情况下占较大射
流速度较
低射流动量及
其轴向
和径
向分量均较小此
时负
压区
压力4
较高随着
间隙占
取值的
减小Ν,
增大#即射
流转换能量
及能
量的
转换率增
加∃
负
压区
压力4
减小4
与占
的
减小变
化量的比率#△4Κ△
司增大当占的
取值
小于某
值#即,
大于
某值∃
时因射
流的
能量损
失
对
负压效应的
影响增大
比
率#
△
4
Κ△
司
减小直
到为零时负
压区
压力最
低负压效应最
佳可认为此时的占取
值最为合理
由
试验结
果经回归
分析得负压区压力
与间隙的关
系为对
数函数#4
二∋8%=6
Σ
十∗.
才的
在实际使用
时间隙乡可在2,一2Β
毫米
内取
值钻孔
直径大
时取大值反之则
取小值
喷射角Δ
对负
压效应的
影响(
当
间隙占与通
道
流量)
选定
时即
射流能量一
定则负
压效
应主要
取决于
轴向
和径向分量的大
小由
式#Θ∃
和式
#1∃可
知喷射角Δ
增大
减小+
增大这使
流体所能获
得的
轴向分量
较少
而径向
分量
较大流体
的
能量
损失大负压
效应不
好+
但当Δ
小于
某一
值
时又
会因
径向分
量,
太
小而
使两
通道内的
冷却
润
滑液在能
量转换区
内得不到能
量的充分转换反
而不
利于
负压效应的
提高经对喷射角Δ
进行多
水平试
验Δ
值取.Χ
一/2
时负压效应最佳
负压通道
流量)对
负压效应的
影响(
由
式
#0∃可知)
取值很小即
使间隙占取
值也很小
则由
于射流没有足
够的能量与
前排屑
通道中的
润滑液
进行能量
转换负压效应也不会好随着)取值的
增大
负压效
应随之
提高+
但射流能量的
损失及后
排
屑通道
中的压力损失
也相应增加当)的
取值大
于
某值时能量
损失
严重负压
效应反而下降
经对
多
种钻孔
直径进行分流比Τ#)Κ)∗∃
的取值试验按
前
排屑
通道中
润滑
液的
流速为切削
速度的Β一
0
倍来
选择流量)
时取分流比Τ
;=Κ
,一,Κ/
由
此确
定负压通道流量)
较为合
理
/
负压抽屑
效果
我
们进行了直
径为1.,.0
毫米的钻孔
排屑
试验
试验中将刀
具几
何参数及切削用量
进行匹
配
得到了具有代
表性的
各种切屑
状态钻削直
径为
.,
毫米取)
为,Χ
升Κ
分)
为.Χ
升Κ
分时
对于
各种形
态的切屑
其排屑
载荷几及其波动
值△几
列于下
表中
无负压抽吸及负压效
应取最佳值时
的排
屑效果
不同的钻削
情况况排屑
载荷及.
“
缠绕带状状
皱折
带状
小≅
形
波动Υ4肥麟
无负压抽
吸的4.ΩΧΧ.122.Θ.ΧΧ
排屑效果果
△4.>/2石>,乃2>.2
负压效应最佳
时4.ΘΧ.022.Χ2.ΒΧΧ
排屑效果果
八42Β2,,22
试验结
果表明负
压抽屑
效果好
在试验钻削
直
径为.0
毫米的孔
时曾得到
螺卷状切屑螺卷外
径
大于.
毫米
而排屑通道
直径只有Ω
毫米但在负
压
和切削区
冷却
润滑液的共同
作用下
切屑被强制
拉
长推吸入
排屑通
道从而
得以
顺利
排屑由此可
见负
压抽吸排屑能
充分发
挥作用为
其它
方式所无
法
取代