圖1　一種帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)

二、負(fù)壓排、斷屑原理分析

1. 液流橫截面為圓形
   圖1為一帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)(臥式狀態(tài))示意圖，加工時一路油(或切削液P2，Q2)從前端輸入，另一路油(或切削液P，Q)從后端輸入，通過圖示裝置產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，從而實現(xiàn)抽吸切屑。
   首先在加工系統(tǒng)后端部分，在不考慮流過縫隙的局部和沿程壓力損失情況下，臥式條件下列出1－1、2－2截面的伯努利方程如下： P_o+V²_o=P_a+V²g2gg2g (1)
   式中g——切削液的比重，g＝r*g(r為切削液的比密)g——重力加速度V_o，V——1-1，2-2處液體流速P_o，P_a—1-1，2-2處壓力，除特殊說明外，均為絕對壓力，因2-2截面直接接回油箱，故P_a為環(huán)境大氣壓力
   由流量公式Q＝VA及連續(xù)性方程A₁V₁＝A₂V₂可得 V₁=QA₀  (2) V₂=QA  (3)式中　A₀——1-1截面液流面積，A₀＝pdd
   A——2-2截面液流面積，A=p#p#分頁標(biāo)題#e#D²/4
   將式(2)，(3)代入式(1)，注意到V₀＝V₁cosf，并整理可得 P₀=P_arQ²[(2⁴)-(cosf)²]2p²Ddd  (4)
   當(dāng)考慮液體流過縫隙時的沿程壓力損失時，則流量可表示為 Q=pdd³(P-P_a)12µx  (5)式中　µ——流體的粘度
   x——縫隙長度
   將式(5)代入式(4)得 P₀=P_a+16d²d²-⁴cos²f·rd⁴(P-P_a)²D⁴288µ²x² (6)
   由式(6)可以看出，因P≥P_a，d≤D，所以P₀很容易形成負(fù)壓，即在刀桿內(nèi)孔中很易產(chǎn)生負(fù)壓。
   設(shè)在加工系統(tǒng)中的前輸油部分壓力為P₂，流量為Q₂，則對切屑就很易形成前拉(吸)后推的作用，從而使切屑方便、快捷地排除。
   前供油壓力P₂到達(dá)刀頭即切削區(qū)時壓力降為P₂，則由流量式 Q₂=pd₂(d₁-d₂)³(P₂-P₁)96µl得 P₁=P₂-96µlQ₂pd₂(d₁-d₂)³  (7)
   在鉆削過程中，如果待加工孔徑d₁₂確定，不論采用什么樣的內(nèi)排屑鉆削方式加工，d₂不會有太大差異，故為了使切屑能在此切削液壓力作用下順利地從刀桿內(nèi)孔d₃中排出，需要較大的P₂才能完成。
   又由管中流動式 P₁=P_{0#p#分頁標(biāo)題#e#}+128µlQpd⁴₃得 P₁=P₀+128µlQpd⁴₃ (8)
   圖2　負(fù)壓斷屑示意圖
   如果僅從排屑的角度來分析，可以由(7)、(8)兩式得知，有了負(fù)壓抽吸裝置后，在同樣的排屑能力下，前輸油部分要求壓力可明顯降低。同時由我們的《深孔加工的負(fù)壓外排屑探討》可知，即使在這種情況下，排屑效果也會比原來的情況要好。如果還維持原來的前輸油供油壓力，則排屑能力會大大提高，不僅如此，同時由于在切削刃處，切屑的兩面形成一定壓差，如圖2所示，假設(shè)忽略負(fù)壓效應(yīng)沿刀桿管的沿程損失(實際上相當(dāng)于管內(nèi)空氣的沿程壓力損失)，那么切屑會在P₁、P₀作用下，很容易被拉斷，此時的拉力F為 F=(P₁-P₀)l₁r₁h(9)
   切屑能承受的極限拉力F1為 F₁=dr₁f(10)式中　l₁——切屑長度
   r₁——切屑寬度
   h——切屑承壓面占切屑總面積的比例
   d——切屑的抗拉強度
   f——加工時的每轉(zhuǎn)進給量
   顯然當(dāng)F＞F₁時，切屑將被拉斷，由此可見切削系統(tǒng)中增加負(fù)壓抽吸裝置后，不僅對排屑能起到非常明顯的作用，而且對斷屑也會有很大幫助。所以，在設(shè)計時若要達(dá)到此目的，可以由(6)～(10)式進行理論計算。
   此外，由式(6)、(7)、(8)可得 P₂=(96l+128L)µQ₂+P_a+rdd³[(2)⁴-(cosf)²](P-P_a)pd₂(d₁-d₂)³pd⁴₃24µxpDdd (11)
   圖3　另一帶種負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)
   由此式可以看出，如果P₂等于環(huán)境壓力，即不加前輸油器，這在一些情況下是可能的，因有些零件結(jié)構(gòu)不允許，前面無法安裝輸油器，則傳統(tǒng)上認(rèn)為不能采用上述系統(tǒng)加工，筆者認(rèn)為此時可將工件浸入潤滑液中(甚至不用前潤滑液輸入，就直接進風(fēng)，進行空氣冷卻)，僅借助于負(fù)壓裝置P來使前輸入油口吸入潤滑液，完成加工，從而使此種加工系統(tǒng)應(yīng)用范圍擴大，故稱為強力負(fù)壓孔加工系統(tǒng)，設(shè)計時，可借助式(11)進行有關(guān)計算。#p#分頁標(biāo)題#e#
2. 液流截面為非圓截面
   圖3為另一種帶負(fù)壓深孔加工系統(tǒng)示意圖，所用刀具為槍鉆，后面輸入切削液，前面為負(fù)壓輸出口。切削液流入通道和切屑流出通道均為非圓橫截面，借助于非圓截面流量公式，可以推出對應(yīng)于前面式(6)、(7)、(8)的如下三式 P₀=P_a+rd⁴(P-P_a)²[(pdd)²-A²₁cos²f]288µ²x²  (12) P₁=P₂-35grLSQ₂16A³  (13) P₁=P₀-35grlS₁Q₂16A³₁  (14)式中　S，A——分別為進油口即刀桿內(nèi)孔周長和面積
   S₁，A₁——分別為出屑口即刀桿V型槽周長和面積

三、小　結(jié)