1 前言
孔加工是机械加工中面大量广的加工形式。在孔加工中，40%以上是深孔加工，随着机械行业的迅速发展，新型材料的出现，孔加工的难度越来越大，精度越来越高。一般将孔的长度L与孔径d0之比L/d0>5时，称为深孔；L/d0≤5时，称为浅孔。长径比越大，加工难度越大，因而深孔加工历来被视为加工难度较大的工序之一，为此不断地探索深孔加工的有效方法，成为工艺设计的重要研究课题。
图1 阀杆套筒结构
阀杆套筒是汽轮机中压联合气阀的核心部件之一，我公司从日立引进的1000MW超超临界机组中的阀杆套筒(图1)，其内孔为半盲孔，长径比>7.5，粗糙度要求Ra1.6，孔深是30万、60万机组阀杆套筒的2倍多，尺寸及形位公差均要求很高，是目前遇到的最深最大的阀杆套筒，在厂内属首次加工，这就带来了加工工艺的复杂性与高难度。
按常规加工方法，内孔需要珩磨，但公司现有设备无法满足零件磨削要求，因此内孔磨削方案是不可行的。本文通过一种全新加工工艺方案的分析，阐述了方案实施的全过程，并经过实际加工、检验，说明了所选方案是合理的，成功的。
2 工艺分析及措施
深孔加工特点
深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的, 特点如下：
加工深孔时，由于刀具细长，刚性差，强度低，在加工过程中容易引偏和振动，孔的加工精度及粗糙度不易保证。
刀具的散热条件差，切削温度升高会使刀具的耐用度降低。
切削路程长，切屑排出困难，不仅会划伤已加工面，严重时会引起刀具的崩刃和折断。
操作者不能直接观察刀具的切削情况, 只能凭经验、听声音、看切屑、触摸振动等外观现象来判断过程是否正常。
工艺措施
针对以上存在的问题，同时结合公司现有设备情况，在制定工艺方案时，从以下几方面采取措施：
内孔加工分为粗加工→半精加工→精加工三个阶段，这有利于保证精镗前孔的尺寸要求和粗糙度要求。
零件装夹采用“一夹(四爪卡盘)一托(滚动中心架)”的方法，减少工件振动，提高工件系统的刚性。
加工设备采用较新的Ø1m数控卧车，该机床径向、轴向跳动小,导轨直线度好,抗震性好，同时冷却液的压力大，供给充足，冷却方便，有利于刀具的散热和铁屑的排出。
内孔精加工采用以车代磨，使用带有减震机构的防振镗杆，提高刀具系统的刚性。
3 实施过程
粗加工
考虑到加工效率，内孔深度情况及粗加工尺寸，我们决定采用Ø160镗床，该机床主轴最大伸长量达1200mm，再加上刀具的长度，可以满足粗加工的需要。大端面对主轴，采用V型垫铁垫平，压紧，按小端(Ø261)外圆拉直，再以小端外圆靠中间部位找正，最后复验大端外圆，按单边留3mm余量镗准内孔，保证直线度在0.1mm之内。
半精加工和精加工
镗杆系统的选用
刀杆
刀杆的选用原则应在能使切屑顺利排出的前提下，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，如果将刀杆直径增大，则在加工内孔时，刀杆与孔壁间隙太小，引起排屑不畅，造成堵塞，冷却润滑液进入困难，刀具磨损加剧，从而影响加工精度。
据此我们采用防振镗杆(直径Ø130mm，长度1820mm)，该镗杆内部有可调减振体，带有内冷孔，在卧式机床上使用刚性夹紧，它可用于从粗重加工到超精加工的所有加工，在普通车削中，从有效夹紧位置前端到刀尖长度为10倍直径时不会产生振动，刚好可以满足内孔深度的加工要求，精车时刀杆与内壁单边20mm左右的间隙能满足铁屑的排除以及切削液的进入。
刀座
根据镗杆的夹紧方式，我们设计了专用刀座及过渡套，加工时专用刀座装夹在机床中拖板上，这可以大大提高刀具的刚性，并在拖板后部放上平衡重物，保证托板后端不被翘起；过渡套带有开口，分别装在刀座内孔前端和后端，这样在把紧刀座后，可使过渡套与镗杆之间有良好接触和最大的摩擦，保证镗杆前端和后端都得到夹紧，提高刀杠系统的刚性。
刀头通过工艺试验，证明采用老鹰头式切削头不仅使镗杆前端更轻，有利于抑止振动，也使得切削头周围空间变大，使得排屑性能更好；同时切削头接口是一个锯齿面上有3个夹紧螺栓，这是一种最强最紧密的接口型式，这一切均有利于提高刀具系统的刚性，减小加工过程中的振动，从而保证内孔最终加工质量。
刀片
零件材料为汽轮机高温部件用10Cr9Mo1VNb(F91)耐热钢，该材料不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能，在使用温度低于620℃时，其许用应力高于奥氏体不锈钢。工件材料强度虽然不高，但塑性和韧性大，切削加工性一般，加工硬化趋势较强，切削负荷大，导热性差，加工时热量易集中在切削刃上，产生积屑瘤，使刀具磨损加剧。
精镗内孔最关键的是镗削过程的安全性，需要一刀切过，孔的各项参数达到质量要求。主要注意的是两个方面问题，一是保持稳定的切削排屑过程，二是确保刀具寿命满足孔的切削长度。考虑以上因素，我们通过试验，选用合适刀片取得非常好的加工效果(刀具和切削参数略)。
加工过程
夹大端，按小端外圆中间部位找正在0.05mm内，再复验大端外圆，夹紧；在距小端端面200mm左右位置见光一宽70mm左右的圆柱带，粗糙度达Ra1.6(支中心架用)，上中心架，见光小端端面，Ø120内孔车至Ø118，然后上闷头，顶紧，除Ø169外圆及26°斜面暂不加工外，其余各外圆，50°斜面均按单边留1mm余量车出，注意在Ø261外圆且靠近50°斜面处见光一宽70mm左右的圆柱带，粗糙度不低于Ra1.6。
翻身，夹小端，在靠近大端50°斜面见光圆柱带处支中心架(图5)，找正外圆在0.01mm之内，按单边留1mm余量车大端外圆，端面，然后将专用刀座吊上车床，装夹，找正，装入过渡套及防振镗杆，注意过渡套开口对齐刀座中分面，检查镗杆安全地夹紧在刀座中，且悬伸量在正常的工作范围内，刀尖高度接近机床主轴中心，并在中拖板后部放上平衡重物，最后车准Ø172内孔，保证粗糙度要求。
由于镗杆系统已经确定，加工过程就相对简单，但在加工过程中还要注意以下几点：
加工时随时观察切屑的形状和颜色，注意排屑的情况，连续的带状切屑会缠绕刀尖，并影响表面加工质量，排屑效果差，对刀具寿命和加工面质量有较大的影响。
注意加工时刀具在深孔中发出的声响，用手触摸刀杆观察其振动情况。如出现反常现象，应立即进行检查，并采取措施予以解决。
除排屑外，还需很好解决高的切削温度，因此充分有效的冷却是不可缺少的，首选水基切削液冷却，并且最好使用带内冷孔的刀杆；同时供给充足的冷却液也可使排屑变得更为顺畅。
中心架的使用：由于加工过程中要长时间使用中心架，为防止工件外圆与中心架的摩擦发热，应采用精密滚动轴承中心架，同时要不断用油进行冷却，防止工件发热引起新的变形。在支中心架之前，用手转动各滚轮，保证各滚轮能自由转动，同时滚轮无滑动现象，用表检查各滚轮跳动应在0.01mm之内。
检验
内孔测量采用100～250×1500专用内径千分尺，内孔精车完之后，在孔口测均布4点，深度方向测均布6段，圆度和挠度都在0.02mm内，且粗糙度达到Ra1.6(图4)，满足了产品的图纸要求，对于如此深的孔来说，这应该是很不错的效果了。这也证明了该方案是正确的，成功的。
4 结论
该方法解决了阀杆套筒高精度深孔切削加工的难题，掌握了在车床上镗削深孔的切削参数以及数控程序补偿挠度的规律，为1000MW超超临界机组阀芯零件的生产奠定了技术基础，为我国超超临界机组的研发提供了加工技术支持，实现了公司对1000MW超超临界机组阀芯零件国产化的要求，具有较高的技术水平；同时也较好地解决了大直径深孔加工中的刀具、散热和排屑等问题，深孔加工后的尺寸精度，表面粗糙度、形位公差都很好，可以推广应用到其它类似零件深孔的生产加工。
