據情報檢索，目前世界上利用外排屑(如槍鉆)深孔鉆削技術(shù)，可鉆削的孔徑小到f2mm。而內排屑深孔鉆削的孔徑很少有小于f16mm的，且多數仍采用傳統的BTA鉆削系統。由于槍鉆結構為不對稱(chēng)形狀，質(zhì)心偏離中軸，這給制造、重磨都帶來(lái)一定的困難，也使造價(jià)增高。
另外，其結構剛度和扭轉強度低(同直徑的圓形鉆桿扭轉剛度是槍鉆的2.3倍)，使其使用的鉆削速度降低，進(jìn)給量小。采用單管內排屑噴吸鉆(SED)鉆削系統，鉆削小深孔直徑可小到f3.7mm。我工藝所采用SED技術(shù)，進(jìn)行了孔徑(mm)f16、f12、f10、f8、f7.62、f5.7、f3.7的小深孔鉆削加工，鉆削過(guò)程平穩，排屑流暢，孔的尺寸形狀精度和孔壁表面粗糙度均能滿(mǎn)意，在上述孔徑范圍內，完全可以替代槍鉆對小深孔進(jìn)行鉆削加工。由于其剛度好，可加大進(jìn)給量和鉆削速度，使生產(chǎn)效率、鉆孔質(zhì)量和經(jīng)濟效益均有所提高，顯示了一定的技術(shù)優(yōu)勢。
小深孔加工技術(shù)的難點(diǎn)和對策
深孔鉆削加工就有相當的難度，內排屑小深孔鉆削的難點(diǎn)就更加突出，主要表現在以下幾個(gè)方面：
圖1 SED深孔鉆削系統
圖2 螺紋聯(lián)接式深孔刀具

排屑困難
內排屑小深孔鉆削時(shí)的切屑，要經(jīng)過(guò)鉆桿內的排屑通道排出，孔徑越小，其排屑就越困難。例如，要鉆削f8mm的深孔，鉆桿外徑是f5.2 mm，鉆桿內徑僅有f4～4.2 mm，而鉆桿長(cháng)一般達500～1500 mm。因此，在鉆削過(guò)程中，發(fā)生堵屑是經(jīng)常的。為使排屑流暢，鉆頭切削刃上設計出合理的斷屑和分屑臺，保證可靠斷屑十分重要。但小深孔的進(jìn)給量很小，實(shí)現C形斷屑對于某些韌性材料是不可能的，鉆屑常常是柔軟的小帶狀，鉆削過(guò)程中作為冷卻和沖刷切屑的切削液壓力產(chǎn)生波動(dòng)或壓力下降時(shí)，切屑瞬時(shí)滯流、折疊而堵塞，進(jìn)而導致鉆刃損壞和鉆桿扭斷。為徹底解決這一問(wèn)題，可以從斷屑和排屑兩方面采取措施。最有效的斷屑方法是采用振動(dòng)斷屑技術(shù)，能穩定地得到所需要的切削形狀。
增加切削液對鉆屑的排屑作用力，是SED鉆削系統的特點(diǎn)，如圖1所示，高壓切削液一路進(jìn)入授油器，潤滑冷卻鉆削區和刀具，并以3MPa～4.5 MPa的壓力迫使切屑進(jìn)入排屑通道，并將切屑推出;另一路切削液進(jìn)入可調式負壓抽屑裝置，形成負壓，對切屑產(chǎn)生吸力，吸出切屑。切屑在推和吸的雙重作用下能順利排出。實(shí)踐證明，即使鉆屑呈帶狀，且從鉆削開(kāi)始到加工結束一直保持連綿不斷，都能保證排屑流暢順利。
鉆桿剛度不足
深孔鉆削的鉆桿細而長(cháng)，小深孔鉆削的鉆桿更是細長(cháng)，其剛度很低，因此，在設計小深孔刀具時(shí)，應當盡可能提高刀具(包括鉆頭和鉆桿)整體的剛度。在傳統設計中，鉆桿與鉆頭采用了方牙螺紋聯(lián)接方式(見(jiàn)圖2)。這要在管壁很薄的鉆桿上切出方牙螺紋，勢必更使細長(cháng)鉆桿的強度和剛度下降。
如鉆削f5.7mm深孔，鉆桿外徑只能取f4mm，在壁厚不足1mm上再挖去一個(gè)方牙螺紋的深度0.25mm，螺紋聯(lián)接處的強度和剛度大大下降，在鉆削中，鉆桿常在螺紋聯(lián)接處扭斷。即使用小進(jìn)給量以降低鉆削扭矩，也不能防止扭斷事故。為解決這一問(wèn)題，對于鉆削孔徑f12mm以下孔的鉆桿和鉆頭的聯(lián)接，可采用圖3所示的3種方法。
圖3 焊接(粘接)式刀具
圖3a是將鉆頭和鉆桿做成90°鈄口，用低溫銀焊(有時(shí)也用銅焊)或粘接將鉆頭和鉆桿聯(lián)接。圖3b是將鉆頭的鉆柄直徑車(chē)小，鉆桿聯(lián)接處的孔徑鏜大與鉆柄裝配成一體，再在接縫處用低溫焊接或用粘接固定。圖3c則將硬質(zhì)合金刀片做成了“T”型端面，而在鉆桿上相應銑出“T”型溝槽，將刀片插入粘接固定。這3種方法經(jīng)多次試驗，均比方牙螺紋聯(lián)接的強度和剛度要好，可適當加大小深孔鉆削時(shí)的進(jìn)給量，生產(chǎn)效率也得到相應的提高。
制造困難
鉆桿和鉆頭若采用傳統的螺紋聯(lián)接，要在鉆削小深孔的刀具鉆桿孔內車(chē)制方牙內螺紋，螺紋車(chē)刀要比鉆桿內徑還要小，并且要刃磨出有嚴格尺寸的刀刃;方牙螺紋的螺距大，車(chē)制時(shí)又不能直觀(guān)加工狀況，操作很困難。鉆頭部的制造更為困難，除在柄部車(chē)削出方牙螺紋外，還要在直徑不大的刀頭上銑削出供裝焊硬質(zhì)合金導條和刀片的凹槽和一個(gè)排屑通道。之后，硬質(zhì)合金導條、刀片與刀頭體的高溫焊接還會(huì )引起過(guò)熱、變形。因此，制造出合格的小深孔鉆削刀具在工藝、操作上是有相當技術(shù)難度的。
采用圖3所示的措施后，使制造工藝相對簡(jiǎn)單多了。鉆頭部的制造全部改用粉末冶金硬質(zhì)合金小鉆頭，只要一次性投資，制作出一個(gè)粉末冶金小鉆頭的模具，就可得到鉆削小深孔的硬質(zhì)合金鉆頭的刀坯，工藝簡(jiǎn)單，且刀具的重磨性好，正常使用能重磨3～4次，在總體上使刀具成本下降。我們把這種全新結構的小深孔刀具稱(chēng)為單管內排屑噴吸鉆。
小深孔鉆削時(shí)的切削速度和機床
使用硬質(zhì)合金加工刀具切削一般合金鋼材的切削速度最低在70m/min，而我國過(guò)去生產(chǎn)的小深孔加工機床，一般最高轉速為2500r/min，且不能進(jìn)行無(wú)級變速和無(wú)級進(jìn)給，顯然不能適應小深孔鉆削的工藝技術(shù)要求。1992年我所自己設計并組織生產(chǎn)了ZK2116×2型數控雙軸深孔鉆床(內、外排屑)和ZK2112型數控深孔鉆床，最高轉速達到6000～10 000 r/min。尤其是ZK2112型數控鉆床，具有深孔鉆削加工的3種運動(dòng)方式：1)工件轉動(dòng)，刀具進(jìn)給;2)工件轉動(dòng)，刀具轉動(dòng)并進(jìn)給;3)工件不動(dòng)，刀具轉動(dòng)并進(jìn)給。這種機床還帶有負壓抽吸裝置。這種新型機床的開(kāi)發(fā)，拓寬了深孔加工的范圍，也可把深孔加工技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。
GT、CAD技術(shù)在深孔加工中的應用
利用當代計算機工具發(fā)展起來(lái)的成組技術(shù)(GT)和計算機輔助設計(CAD)，大大推動(dòng)了機械加工技術(shù)的進(jìn)步。在推進(jìn)小深孔加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展方面，成功地采用GT、CAD的報導也很多。如對深孔刀具及其輔具利用GT技術(shù)建立分類(lèi)編碼系統，并在此基礎上開(kāi)展相應的CAD系統軟件的研制開(kāi)發(fā)，為深孔刀具的系列化、標準化奠定基礎。同時(shí)，CAD軟件的研制和應用，使深孔鉆的設計過(guò)程通過(guò)計算機實(shí)現，不僅大大提高了設計速度，還避免和減少了設計中的錯誤。我院工藝研究所在利用GT和CAD技術(shù)方面也取得了很好的成果，成功地開(kāi)發(fā)出了設計深孔刀具的CAD系統，能利用CAD系統對槍鉆、單管內排屑噴吸鉆、機夾深孔鏜刀等等深孔加工刀具進(jìn)行設計和選型。