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小直徑鉆削加工使用注意事項
為了保證微小孔加工具有良好的尺寸精度、圓度及平直度,重要的前提條件是必須使用進給精度高、穩(wěn)定性好的機床;尤其應注意的是,大力抑制主軸、夾具、刀具的綜合誤差。
適用于小直徑孔加工的機床之一,是Louis Levin & Son公司開發(fā)的臥式微型鉆床,這是一種帶底座的小型車床,配有專用的鉆削附屬裝置,可進行高精度小直徑孔加工。該裝置帶有可進行水平方向、垂直方向調(diào)整的導軌,便于與主實現(xiàn)同軸。主軸與鉆頭軸的調(diào)直使用專用儀表,可讓兩軸在低速回轉(zhuǎn)時進行調(diào)整,與一般只由鉆頭回轉(zhuǎn)的加工方法相比,采用主軸與鉆頭軸同時回轉(zhuǎn)的方式,可獲得更高的同軸度。
微型鉆頭的柄部形狀大致有兩種,一種是細小直柄,另一種是粗桿直柄。刀具材料仍然以鈷高速鋼為主。近年來,涂層鉆頭和硬質(zhì)合金鉆頭已大量出現(xiàn),尤其是細晶粒硬質(zhì)合金,其耐磨性和韌性均有很大提高,目前已開發(fā)出粒徑為0.5μm以下的WC超細晶粒硬質(zhì)合金,如佳友電工公司開發(fā)的AFI細晶粒硬質(zhì)合金,其抗彎強度達500kg/mm2,硬度92.5HRA,用其制作微型鉆頭,切削性能十分理想。
進行鉆孔作業(yè)之前,應使用顯微鏡等對備用鉆頭進行仔細檢查,如果使用研磨精度不高的鉆頭,不僅會降低加工孔的精度,嚴重時還會造成鉆頭折斷。
在鉆頭尺寸精度方面,如果是加工不銹鋼或鐵鎳鈷合金等材料,要求其切削刃高度誤差為0.001~0.02mm左右,這可防止刃帶磨損,延長工具壽命。
待加工零件要求應具有較高的同軸度、垂直度和良好的表面粗糙度,尤其是鉆頭切入處和出口處,如果精度差,將增大切削刃磨損,甚至造成鉆頭折斷;切入面最好經(jīng)過磨削或拋光加工,這樣可提高孔的加工精度。另外,中心鉆的鉆尖角必須與所用鉆頭的鉆尖角一致。
微型鉆頭芯厚較大,切削刃相對較小,如果按一般的周速計算進行加工,不僅會失去鉆頭的動平衡,降低加工孔精度,而且還易造成鉆頭折斷。因此,在對微小孔加工時,必須考慮孔徑、孔深等因素,針對不同工件材料,確定適宜的加工條件。如所用工具為鈷高速鋼鉆頭,其轉(zhuǎn)速以1000~1500m/min為宜,如為硬質(zhì)合金鉆頭,由于縱彈性模量較高,高速回轉(zhuǎn)時的離心力對刃尖引起的振動較小,因此可采用高速切削加工。
微型鉆頭的截面積較小,直徑越小,鉆頭剛性越低,因此,要求選用的夾持系統(tǒng)在高速回轉(zhuǎn)時應保持很高的夾持剛性和振擺精度,選用的加工中心也必須具有高精度定位特性。在一般情況下,小直徑孔加工的L/D之比達3倍以上時,切深量應確定為鉆頭直徑的20%~30%。
對小直徑孔加工所用的切削液,應特別重視其潤滑性能,潤滑性良好的切削液易于附著在鉆溝上,通過鉆溝更易達到加工部位,這可降低摩擦,減少工具磨損,同時也便于排屑。如能使用噴霧裝置,則對排屑和提高加工效率更為有利。
切削液
對小直徑孔加工所用的切削液,應特別重視其潤滑性能, 潤滑 性良好的 切削液 易于附著在鉆溝上,通過鉆溝更易達到加工部位,這可降低摩擦,減少工具磨損,同時也便于排屑。如能使用噴霧裝置,則對排屑和提高加工效率更為有利
什么是微細加工?
微細加工并不一定等同于加工微型零件。雖然在醫(yī)療和電子器件制造業(yè),確實存在零件日益小型化的趨勢,但在許多尺寸較大的工件上,往往也需要加工一些非常小的特征,此類加工只能通過微細加工技術(shù)來完成。
Burley指出,“我曾看到一些慣常使用直徑6.35mm鉆頭的加工車間,只是把刀具更換為直徑1.52mm的鉆頭,就試圖進行微孔鉆削,當加工無法完成時,他們也不知道問題出在哪里。問題在于,當你突破2.5mm的孔徑界限時,精度要求將會大幅提高。相應地,必須對加工工藝進行全面優(yōu)化。這不是僅靠更換刀具就能解決的問題,只有訓練有素的加工車間才能實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。”
機床設備能否實現(xiàn)微孔鉆削?
微細加工要求機床的進給軸具有足夠高的靈敏度和足夠小的分辨率。機床還必須具備精度極高的主軸,能以很小的動態(tài)徑跳高速旋轉(zhuǎn)。動態(tài)徑跳誤差是高速主軸的重要衡量指標,可利用激光或電容阻抗傳感技術(shù)進行測量。
Burley解釋說,“機床制造商已經(jīng)為微細加工開發(fā)出了專用機床。對于那些打算利用現(xiàn)有設備進行微細加工的車間,我建議請專家對機床進行評估,以確保其能實現(xiàn)足夠精細的進給,且動態(tài)徑跳誤差(TIR)小于0.0025mm?!?/p>
鉆頭如何鉆入工件?
在理想情況下,微型鉆頭最好能垂直鉆入工件。然而,并非每個孔都能滿足這一條件——有些工件的孔口表面傾斜了一定角度。
Burley指出,如果鉆頭鉆入點的傾角小于10°,通過小心謹慎地進給,就能避免鉆頭在工件表面發(fā)生滑移,并成功完成加工。如果傾角大于10°,則需要采取一些措施,解決鉆頭滑移問題。例如,可在鉆入點斜面上銑出一個小槽口,為中心鉆創(chuàng)建一個可垂直鉆入的平臺,然后再用微型鉆頭通過定心孔進行鉆削。
微型鉆頭斜面鉆削的另一種解決辦法是采用帶B軸的數(shù)控機床。首先,主軸帶動鉆頭進給(鉆尖垂直于工件的鉆入點),一旦鉆頭與工件接觸,B軸則轉(zhuǎn)動給定的傾角,鉆頭就可以垂直鉆入了。采用該方法加工無需預鉆定心孔。
需要加工多少個孔?
Burley向打算從事微孔鉆削的加工車間提出的下一個問題是:需要在工件上加工多少個孔?微孔鉆削可以非常有效地應用于大批量加工(既可以是在許多零件上鉆孔,也可以是在每個零件上鉆許多孔)。
Burley解釋說“孔的加工批量不同,微孔鉆削的工藝規(guī)范可能也會有所變化。如果加工批量較大,工藝優(yōu)化的重點應是提高加工效率和延長刀具壽命。例如,如果可能的話,應取消預鉆定心孔工序,以加快生產(chǎn)節(jié)拍。為此,可采用能減小刀具磨損的涂層鉆頭。一般來說,由于尺寸太小,微型刀具大多不采用涂層。PVD涂層的厚度有可能會影響微型刀具的名義尺寸。對用于大批量加工的微型刀具,采用的任何涂層都必須非常薄(厚度小于0.001mm),而且非常光滑。