枪钻加工质量控制方法研究理论

高妮萍

（陕西国防工业职业技术学院，西安 710300）

1 研究及技术方案

通过分析枪钻加工过程，在实验中调节钻削速度、加工孔径，进给量以及冷却液压力、流速，从而改变切削力和切削热，之后采集相关实验数据，针对切削力变化及切削热变化对深孔加工孔径的影响作出总结偏，建立枪钻受力模型及热力学模型，进行枪钻结构对所加工孔的孔径偏差以及孔表面质量分析。

2 实验研究存在问题

在实验过程中，发现因枪钻钻杆过长，导致其强度、刚度和排屑性能较差。在加工过程中，随着孔的不断深入，切屑易发生堵塞，切削液难以进入，再加上枪钻受热，导致排屑不通畅，从而造成钻头和钻杆发生振动，钻头磨损度增加。在枪钻深孔加工过程中，因为属于外排屑，切削与孔壁会发生摩擦，切屑与孔壁之间有热交换，因此在建立深孔枪钻切削热传导模型时，应考虑这部分因素。此外，由于在加工过程存在排屑不利情况，可能造成切屑与孔壁之间摩擦力增大，切削合力变化更加复杂，导致切屑温度增高，为保证后续工序能够顺利进行，必须保证钻杆具有足够的强度和刚性，具体做法就是保证钻杆横截面积按最佳形态进行分布，且增加尺寸，保证枪钻模型在后期的受力中，集中应力分布均匀，不会出现钻杆因受力过大产生形变或断裂的情况。

3 实验采取手段

本文基于DEFORM-3D的有限元仿真分析法，提出一种新型研究方案，对深孔枪钻在加工过程中受切削力及切削热的影响情况进行分析。该研究方案基于枪钻数字化三维模型，以钻杆和切削液为基础构建钻杆系统数学模型，并设置工件的材料类型、进行网格划分和边界条件设定，试验选取不同的参数动态模拟钻削加工过程，利用DEFORM-3D软件进行后期处理，整理计算结果，将两组参数产生的切削力、切削温度和刀具磨损情况进行统计，并运用理论力学，弹塑性变形、热传导学学等理论知识，对金属切削过程进行仿真分析。

根据不同参数，分析结果分为为两种情况，第一种是模拟切屑的形成过程，针对切屑的大小、形状、连续性及成形原理等方面进行分析研究；第二种是对切削加工过程进行模拟仿真，这类研究则是分析金属切削过程中的工件和刀具内部的受力变化、切削温度分布及传导过程等情况，并对切削力的大小进行分析研究。采用有限元分析方法，并借助Deform 3D分析软件，对钻削加工切削力变化规律和钻削热传导过程进行分析，得出定性结论。此外通过分析影响枪钻加工质量的因素，优化各项参数，提高深孔加工质量。

4 实验研究步骤

首先，基于金属切削原理与刀具中的深孔加工技术及使用方法，分析深孔钻削加工的特点，确定加工需的切削量、进给量、切削液要求、外排屑量以及冷却方式。

其次，在理论的支撑下，建立枪钻切削力数学模型，将枪钻等效为简支梁，利用闭口薄壁梁的变形知识，推导钻杆所受切削力的力学模型，并校核钻杆的强度和刚度。

再次，基于UG软件建立枪钻的钻头、钻杆和钻柄的三维实体模型，并装配枪钻，建立工艺系统实体模型，其中包括枪钻系统切削力模型和切削热动态模型，通过相关模型，研究钻杆、切削热作用对深孔钻杆振动的影响效果，并对钻削加工温度场分布情况及深孔壁的受热变形过程进行分析，优化工艺参数保证加工质量。

最后，利用有限元技术和数据处理方法对深孔加工的变形和质量控制进行定量分析研究。传统钻削加工过程中，很多加工方案多凭经验而定，很难实现工艺方案优化目标，利用有限元技术和数据处理方法对深孔加工的变形和质量控制进行定量分析，可以更加清晰的发现深孔枪钻钻削实验测量数据与有限元仿真优化后的结果关系，确定方案的可行性。

5 结语

通过研究切削力及切削热对孔加工质量的影响，可以得知优化加工参数，既能保证枪钻具备良好切削的状态，又可以延长刀具寿命，提升深孔加工精度减少，低粗糙度的零件，提高加工质量。本文提出的质量控制方案，增加了深孔加工设备的使用功能，并解决了枪钻加工中的实际问题，希望通过UG和Deform-3D软件，能够对加工过程进行更加系统的仿真模拟，完成加工质量控制目标，提高产品加工进度，最大限度地提高深孔加工表面质量及生产效率。