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(2)刀具結構的選取及優化設計
深孔加工刀具的型式主要分為外排屑和內排屑兩種。外排屑方式用于槍鉆系統，適合加工小直徑(一般φ<20mm)深孔。內排屑方式常用于BTA系統、噴吸鉆系統和DF系統。噴吸鉆系統和DF系統的功效相同，但由于噴吸鉆系統結構較復雜，排屑空間受到雙鉆桿的限制，因此目前已較少使用。DF系統主要利用雙進油裝置對切屑進行推、吸雙重作用，促使其順暢排出。在排屑效果相同時，可減小密封壓力，提高加工精度。BTA深孔鉆頭分為單齒和多齒兩種，單齒刀具適用的孔徑范圍為φ6～φ25mm，多齒刀具則適合加工較大直徑(φ25mm以上)的深孔。
在本試驗中，我們選擇了BTA單齒鉆頭。在鉆頭結構設計上，考慮到亞干式深孔加工的特點，在傳統的BTA單齒鉆頭的基礎上進行了部分優化設計，主要體現在以下幾點：
①適當增大刀體與孔壁之間的間隙h(即進氣間隙)以減小空氣阻力，使壓縮空氣和霧化液能迅速到達切削區進行潤滑和冷卻。
②適當增大刀具排屑口，排屑口形成倒錐型，使切屑能快速而順暢地進入排屑通道，不易堵屑；同時在排屑入口處形成“噴吸效應”，增大排屑速度。
③增多分屑刃，加寬斷屑臺，實現強制分屑和斷屑，使切屑變窄及易于折斷，有助于排屑和散熱。
在刀具幾何角度方面也進行了一些改進，主要表現為：
①適當增大刀刃前角γo，以減小刀具前刀面與切屑的接觸面積，保障壓縮空氣及霧化切削液能充分進入切削區對刀具進行冷卻潤滑。由于內刃在切削中主要承受軸向擠壓力，為了增加內刃強度，可適當加大內刃前角。
②適當增大刀刃后角αo，以減小刀具后刀面與已加工表面之間的摩擦，也使刀具更容易切入工件，可減小刀具磨損，提高刀具耐用度。
③增大斷屑臺寬度和圓角半徑，加長切屑卷曲變形時間，減小切屑與前刀面的摩擦及切屑對斷屑凸臺的沖擊力，使切屑順利流過斷屑臺，在過渡圓角處增加一部分附加變形，使材料失去一些塑性，然后彎曲頂到底，在彎矩作用下再次變形，最后斷屑，這樣可減小切屑變形，使切削熱、切削沖擊力、摩擦力等都發生改變，控制切屑形成細小“C”型排出。
(3)刀片材料的選取
目前用于干式加工的刀具材料很多，如超細晶粒硬質合金、CBN、PCD、陶瓷和金屬陶瓷、各種涂層硬質刀具等，但這些刀具材料大多僅應用于普通的干式車削和干式銑削中。目前國內在深孔加工中使用較多的主要是焊接式深孔鉆頭，其刀片材料主要采用國產刀片如YD15、YG8、YW1、YT726、YT798等，這些材料的化學成分和物理性能各不相同，適用范圍也有區別。我們試圖通過切削試驗從中選出比較適合亞干式深孔加工的刀片材料。
采用的切削試驗方案為：用上述5種刀片材料的鉆頭，在刀具結構及幾何參數均相同的條件下分別加工45鋼(調質硬度HRC28)，檢測在亞干式切削條件下各刀具的受力及切屑狀態，測量刀具后刀面磨損量、內孔表面質量等，選出最適合加工45鋼的亞干式刀具材料。
采用的切削試驗條件為：加工孔徑：20.2mm，工件長度：1000mm，主軸轉速v=800r/min，刀具軸向進給量f=0.01mm/r，切削液：德國亞倫斯乳化液5號。
由各種刀片材料深孔鉆頭的切削性能及外齒后刀面磨損情況可以看出，在這5種刀片材料的深孔鉆頭中，YD15的后刀面磨損值最小，軸向力、扭矩和內孔表面粗糙度值也最小；其次是YG8。反映出YD15刀片具有較高的耐熱性和良好的耐磨性，加工穩定性和加工質量良好。因此，YD15比較適合45鋼類工件材料的亞干式深孔加工；YG8的加工效果相對稍差一些；而其它幾種材料由于磨損較嚴重，不適合亞干式深孔加工。試驗結果與刀具材料性能也比較吻合：YD15紅硬性好、耐磨性好、抗彎強度高，尤其適合加工高溫合金材料。此外，從加工過程中可以看出，亞干式深孔加工系統的排屑效果良好，幾乎無堵屑現象發生，且排出的切屑溫度較低(無燒熱感)，呈銀白色，說明霧化及冷卻效果良好，可以滿足亞干式深孔加工的要求。
4亞干式深孔加工與傳統深孔加工的性能比較
通過上述試驗分析，可以確定YD15刀片材料比較適合中碳鋼的亞干式深孔加工。但是，其加工性能和刀具耐用度與濕式深孔加工相比是否有差別，將是亞干式深孔加工技術能否獲得推廣應用的關鍵。為此，我們進行了一個對比切削試驗，即在傳統的深孔加工條件下，采用YD15和YG8深孔鉆頭(刀具幾何參數相同)鉆削同樣長度的45鋼工件(v=800r/min，f=0.01mm/r，10#機械油冷卻潤滑)。由測得的各項試驗數據可以看出，用傳統方法加工時，刀具的后刀面磨損和切削力均比在亞干式加工條件下要小，這表明亞干式加工時刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦力比傳統加工時更大，即切削液的潤滑性能較差，這與所使用的切削液有關。亞干式加工中采用的是水基乳化液(其霧化性優于切削油)，而傳統加工中使用的是切削油(其潤滑性更好)。這也為我們今后的研究確定了方向，即需要找到一種既有良好的霧化性，又有較好潤滑性的切削液。另外，兩種加工方式的刀具磨損量差距并不很大，說明在亞干式深孔加工條件下也能保證一定的刀具耐用度。
將用兩種方式加工的試件剖開后進行檢測，發現內孔表面硬度幾乎沒有差異，而亞干式加工的內孔表面粗糙度值更小，即表面質量更好。這也說明在亞干式深孔加工中，內孔表面的冷卻效果良好，切削溫度并不高。此外，由于采用了特殊配方的乳化液，具有一定的耐擠壓效果，因此鉆頭的導向塊并未出現撕裂磨損，也保證了內孔表面加工質量。
5結論
通過上述切削試驗及對結果的對比分析，可得出如下結論：
(1)所設計的亞干式深孔加工系統可較好完成深孔加工過程，并能得到滿意的加工效果，具有一定的實際應用價值。
(2)通過對幾種常用深孔加工刀具材料的切削試驗，確定了在亞干式深孔加工方式下，YD15材料比較適合加工45鋼類工件材料，并有較好的加工效果。對于其它工件材料，也可通過試驗方法找到適用的刀具材料。
(3)通過對干、濕兩種加工方式下刀具的切削性能試驗及分析，可以看出亞干式深孔加工能夠實現較高的刀具耐用度和較好的加工效果。
(4)針對亞干式深孔加工中刀具磨損較大的問題，也可采用低溫冷風或增加冷卻液油性的方法，以提高冷卻和潤滑效果，減少刀具磨損。
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