深孔鑽削利器，槍鑽幾何角度參數及其應用！

深孔鑽削利器 槍鑽幾何角度參數及其應用
     槍鑽是一種精密深孔加工刀具，可用於在各種工件材料上鑽削加工非常深的孔。槍鑽具有不同於傳統麻花鑽的獨特刀頭形狀（圖1）和貫穿刀具全長的排屑槽。用槍鑽加工時，冷卻液通過刀具內部的通道被引入切削區，並通過排屑槽將切屑帶出孔外（圖2）。此外，刀頭上的鑽套（也稱為「導套」）在鑽削時對孔壁具有擠光作用，因此可獲得直徑和圓度精度極高的孔。這種「內冷卻，外排屑」的結構特點使槍鑽與其他深孔鑽削刀具截然不同。

圖1 槍鑽的刀頭形狀

圖2 槍鑽加工示意圖
     槍鑽最早是為滿足加工槍管的需要而研製出來的。在該工藝問世之前，槍管是用纏繞和焊接在一根芯棒上的金屬條來加工的。這樣生產出來的槍管無論是直線度還是強度，都無法與現代槍械相比。最終，鑽削工藝被應用於在整體金屬材料上加工槍管。不過，早先使用的麻花鑽需要多次走刀加工，因此孔的圓度和直線度精度都不高。用槍鑽加工成功解決了孔的圓度和直線度問題。隨著這種鑽削工藝的不斷改進以及槍鑽專用加工設備的開發，該工藝被證明在槍械和兵器行業以外的許多其他行業也可以大顯身手。槍鑽加工小直徑精密深孔的能力使其被廣泛應用於能源、汽車、航空、模具等行業。隨著加工技術的不斷發展，其應用範圍還在不斷拓展。
刀具特點
現代槍鑽的結構型式可分為整體硬質合金式、焊接式和可轉位刀片式，加工時不需要使用額外的鑽管。刀具的非切削端有一個供槍鑽加工工具機使用的標準尺寸驅動柄（圖3）
圖3 槍鑽結構
     槍鑽通常通過一個圓形孔來輸送冷卻液，但有時為了增大冷卻液流量，也可以採用多個冷卻液孔或腎形孔。排屑槽設計為V形槽，從而使冷卻液能高效、乾淨地將切屑衝出孔外，因此槍鑽也被稱為單槽鑽頭。
     槍鑽具有特定的幾何形狀，其刃形設計使其能獲得最佳的切削能力、加工精度以及成屑和排屑效率。刀具廓形參數包括磨製的外周和鑽尖幾何形狀、冷卻液孔形狀、刀頭長度、鑽套形狀及位置。
     加工車間主要根據工件材料和精度要求來選擇槍鑽。許多標準的槍鑽幾何形狀已通過大量試驗，確定了其最佳尺寸參數。當然，車間也可以根據自己的需要定製槍鑽。
     當所需孔的直徑小於50－75mm，深徑比（D/d）超過20:1時，最適合採用槍鑽加工。槍鑽在深徑比高達400:1的情況下仍能保持很高的加工精度。該工藝可採用3種加工方式：①刀具旋轉，工件固定；②工件旋轉，刀具固定；③刀具與工件相互反轉。後一種方式特別適合精度要求較高的深孔加工，可以達到0.08mm/m的直線度和Ra0.2μm的表面粗糙度。對於直徑較大的孔，可以先用其他深孔鑽削刀具進行鑽孔，然後通過二次加工（如鉸孔）進一步提高孔的圓度、直線度和表面光潔度。
性能優勢
     與其他鑽削加工方法相比，槍鑽具有一些性能優勢，能夠降低生產成本和縮短加工時間。如前所述，槍鑽能通過一次進刀加工出精密深孔。槍鑽的鑽套對孔壁具有擠光作用，也有助於提高孔壁表面光潔度，因此往往可以省略二次精加工。
     當對深孔的圓度或直線度公差要求嚴格，或工件材料硬度較高時，槍鑽加工也是首選的加工方式，因為槍鑽能夠達到麻花鑽難以企及的加工精度。此外，槍鑽的刀頭磨損後可以重磨修復，從而可以大大延長刀具的使用壽命。
     對於需要加工長徑比極大的深孔的加工車間，無論是偶一為之的單件加工，還是生產性批量加工，都可以從槍鑽工藝中獲益。加工效率的提高和誤差率的下降可以增加車間的長期價值，並利用該工藝提高自己的加工能力。
工藝設備
     槍鑽工藝的應用可以採用兩種方式：①對現有工具機進行槍鑽深孔加工改造；②採用深孔鑽削專用工具機。改裝的槍鑽加工工具機最大只能加工深徑比為10:1的孔，且通常只適合加工普通工件材料。如果用這種工具機鑽削更深的孔或硬度更高的工件材料，則加工精度可能會大打折扣。
     如果需要加工更深的孔和硬度更高的工件材料，採用具有槍鑽功能的深孔鑽削工具機更為適合。此類工具機的結構設計可以減小鑽頭漂移和提高其直線度，降低整個刀具產生振動的可能性，確保鑽入和鑽出孔口處的光潔度和尺寸精度。冷卻液系統的設計大大提高了工具機的鑽削效率和排屑性能。此外，槍鑽加工工具機還具有工藝集成和加工監測的優勢，使操作者可以實現高效鑽孔，並對整個鑽削過程進行嚴密監控。如圖4所示，用槍鑽加工時，鑽套與工件的端面接觸，可起到鑽入點定心和表面密封的作用。鑽套後面是一個容屑盒，用於容納向外排出的切屑和冷卻液，並將其排入收集箱中，以便回收處理和循環使用。為了在鑽削深孔時保持精度和容納冷卻液，在鑽出點設計有貫通密封裝置。先進的深孔鑽削工具機可確保所有這些元器件共同發揮作用，以最小的切削力加工出精度最高的深孔。在設計深孔鑽削工具機時，還必須考慮鑽孔尺寸、工件材料和選用的鑽頭。圖4 槍鑽加工工具機結構示意圖
大直徑深孔加工
     對於直徑小於75mm、深徑比超過20:1的深孔，用槍鑽加工不失為一種正確的選擇。不過，對於直徑大於75mm的超深孔，也可以採用其他一些鑽削方法進行加工。與槍鑽加工不同，其他深孔鑽削方法通常是從外部引入冷卻液，使其在鑽削頭周圍流動，然後通過刀具連接鑽管，從刀具內部排出切屑和冷卻液。對於大直徑深孔而言，用BTA套料鑽加工是一種常用而有效的選擇。其他一些工藝方法（如刮孔、滾子擠孔、瓶形鏜孔和拉孔）也可以類似的方式實現深孔的精密加工。
     產品加工的孔數不一樣，孔數是9～37孔，口徑是φ16.2 0+0.1mm,零件外徑尺寸是φ1670+0.1mm，零件總長度為550mm。

深孔鑽頭改進前加工存在問題
（1）新購買深孔鑽頭偏心角度為118º±2º，仰角為12º～13º，俯角為30º。

（2）加工錨固套和錨固快過程中，一個班需要磨鑽頭一次（每鑽25米需要磨一次鑽頭），增加了加工的輔助時間，生產效率低。
（3）鑽頭每次磨出來的角度不一致，加工質量容易出現波動，質量不穩定。由於鑽頭角度的問題，不利於孔內排屑，容易造成鑽頭崩角。
（4）一根鑽頭正常情況才能使用一個月。切屑刀具幾何角度的確定正確與否，直接影響切屑加工的成敗與優劣，尤其在深孔加工時，刀具在極端惡劣的條件下高速工作，顯得非常重要。我們經過多年使用硬質合金槍鑽加工過程中，進行對鑽頭角度幾何參數改進探討、實驗、交流總結出自己深孔加工的幾何角度參數。


深孔鑽頭改進方案：