取(qu)樣(yang)錐是LC－MS（液相色譜(pu)(pu)－質(zhi)譜(pu)(pu)聯(lian)用(yong)）/ICP－MS（電感耦合等電離(li)子體質(zhi)譜(pu)(pu)）上(shang)的(de)核心關鍵器件(jian)，該件(jian)在使用(yong)過程中(zhong)需要(yao)經常維護和(he)更換取(qu)樣(yang)錐，采購渠(qu)道主要(yao)從國(guo)外進口。采購周期較長，費用(yong)也較高(gao)，且國(guo)際一線(xian)設備商一般都與國(guo)外專業加(jia)工(gong)廠商簽有(you)排他性協議，不(bu)得為競(jing)爭對手加(jia)工(gong)同樣(yang)或類似(si)的(de)零件(jian)，設備國(guo)產化研制進程緩慢。
1. 圖樣工藝分析
如圖1所(suo)示，零件(jian)材料為進口的(de)SUS316L，該(gai)零件(jian)的(de)主要加工難點(dian)有：
（1）316L不銹鋼材(cai)質，導熱系數低，加(jia)工硬化嚴重，特別是錐孔(kong)底(di)部的薄弱(ruo)處。
（2）定制的64°內錐孔成形刀(dao)尖(jian)部(bu)磨損嚴重，刀(dao)尖(jian)斷(duan)裂的風險很(hen)高(gao)，錐孔底部(bu)尺寸難(nan)加工(gong)到位(wei)。
（3）φ 0.35mm的鉆頭（粗加工）及φ 0.4mm的鉆(zhan)(zhan)頭(tou)（擴孔）剛度(du)差，截面積小(xiao)，散熱慢，鉆(zhan)(zhan)頭(tou)磨損嚴(yan)重，斷裂(lie)的風險極高。
（4）內外圓同軸(zhou)度不(bu)高、錐底部結(jie)構薄弱，存在變形、孔徑超差、圓度超差、破邊及(ji)毛刺不(bu)易去除等問題(ti)，這些問題(ti)都會影響到(dao)零(ling)件裝(zhuang)機后的(de)測試靈敏度，關系到(dao)整機性能。
（5）φ 0.4mm的(de)圓柱(zhu)長度(du)只有0.02mm，沒法實現，經與研發部門討論后(hou)改為0.1（+0.1，+0.05）mm，但加工難度(du)仍然很高。
2. 加工過程
（1）數控車。按圖2所示的工藝圖加工至圖樣要求，也可按圖3所示加工。圖2中右端面、圖3中右端面及錐面都留有0.2mm的加工余量，此工序加工時建議采用圖2所示工藝加工，φ10.5mm的圓柱(zhu)長(chang)度有利于后續工序(xu)裝(zhuang)夾(jia)，圖3在調頭加工下一工序(xu)時，裝(zhuang)夾(jia)長(chang)度過短、裝(zhuang)夾(jia)精度降低。加工時需一次裝(zhuang)夾(jia)，加工出各部(bu)位的尺寸。
（2）加工中心調頭加工，以φ 10.5mm的外圓定位裝夾、校正并找正圓心，鉆φ 0.35mm、深(shen)1mm的微孔，如圖4所示。
鉆不(bu)銹鋼(gang)微孔時(shi)的注意事項： 微孔鉆頭刃部細長、剛(gang)性差、易偏斜及(ji)斷裂(lie)，又(you)因為(wei)不(bu)銹鋼(gang)材(cai)質導(dao)(dao)熱(re)差、硬化層嚴(yan)重及(ji)鉆頭排屑不(bu)暢，導(dao)(dao)致升溫快、磨損嚴(yan)重等問(wen)題。
針對上述問題選用了日本CKK品牌的微孔鉆頭，如圖5所示，該鉆頭專為微孔加工開發，鉆頭采用柄部加粗結構， 增加鉆頭剛性，適用于不銹鋼、鈦合金及合金鋼等材質，該規格鉆頭推薦的加工參數：轉速11 000r/min，進給速度45mm/min，為了提高鉆頭的壽命，在實際加工中將進給速度下降至20mm/min，轉速不變，切入時進給速度vf=10mm/min，每次進刀0.05mm，退刀一次，切入后變為vf=20mm/min，每進刀1mm，退刀一次，轉速仍為(wei)11 000r/min，加工模式為(wei)G83鉆孔， 經鉆削(xue)驗證(zheng)， 加工過程順利，沒有(you)斷(duan)鉆頭，孔的尺(chi)寸也很穩定。
φ 0.35mm微孔鉆削(xue)中還有兩個關鍵點需要(yao)注意：①中心孔必須鉆正，且鉆尖橫刃(ren)要(yao)足夠小，不然起不到定(ding)心作用。②盡可(ke)能的采用高速(su)機(ji)床(chuang)及專用高精(jing)度刀柄，如(ru)圖6、圖7所(suo)示。該機(ji)床(chuang)轉速(su)最高18 000r/min。
（3）加工中心找正外圓及圓心， 去內錐孔余量。先分別鉆φ 7.5mm、φ 4mm、φ 2mm及φ1mm的孔，深度如圖8所示；再粗精鏜φ 7.5mm孔到φ 8（±0.02）mm、深7.12（-0.05，-0.1）mm、用兩把φ 8mm硬質合金棒（不(bu)銹鋼(gang)專用）改制成的錐孔(kong)刀粗精鉆(zhan)64°錐孔(kong)（見圖(tu)9）。
64° 錐孔的深度尺寸很關鍵，用成形刀鉆削時，因為刀尖不準確，對刀時誤差會很大，過淺會導致錐孔與φ 8mm圓柱接不順；過深會導致錐孔底部φ 0.4mm孔(kong)圓(yuan)柱長度(du)消(xiao)失， 零(ling)件直接報廢，為此，設(she)計了圖10所示錐(zhui)孔(kong)深(shen)度(du)檢(jian)驗工裝，通過加(jia)工中不斷調整深(shen)度(du)及(ji)檢(jian)測(ce)，來精確控制64°錐(zhui)孔(kong)深(shen)度(du)。
64°錐孔成形刀如圖11所示，該刀具是在工具磨床上磨削出來的， 為防止加工中刀尖崩裂，將刀尖尖部做了磨平處理，磨平后的刀尖不大于0.3mm，粗鉆錐孔時轉速800r/ min 、vf=30mm/min，每次進刀0.2mm，退一次刀； 精鉆錐孔時轉速不變，vf=30mm/mi n，每次進(jin)刀(dao)0.2mm，退(tui)一次刀(dao)。粗精加工(gong)都采用G83模式鉆(zhan)孔，勤排屑。
（4）數控車。按圖12所示，制作專用工裝心軸，用螺紋環軸向鎖緊，精車外錐及總長。車外錐時有2個關鍵點需要注意：①精車外錐時，車刀要采用大前角的35°菱形刀片，刀尖R0.2mm，減小切削(xue)阻力，防止錐口(kou)(kou)擠壓變形。②心(xin)(xin)軸與(yu)零(ling)件圓柱(zhu)內(nei)孔(kong)面的(de)配(pei)合(he)間(jian)隙(xi)控(kong)制在(zai)0.01mm以(yi)內(nei)，且心(xin)(xin)軸軸線(xian)與(yu)主(zhu)軸旋轉軸線(xian)的(de)同軸度(du)(du)要控(kong)制在(zai)0.005mm以(yi)內(nei)，越高越好(hao)，一旦間(jian)隙(xi)及心(xin)(xin)軸軸線(xian)同軸度(du)(du)誤差過大，會(hui)導致偏心(xin)(xin)，錐孔(kong)口(kou)(kou)部(bu)會(hui)破邊（圖樣單邊厚度(du)(du)只有0.05mm），零(ling)件直接報廢。③按(an)圖12所示加工(gong)的(de)心(xin)(xin)軸會(hui)存在(zai)過定位情況，可將心(xin)(xin)軸外錐部(bu)分車小0.05mm或0.1mm左右(you)，靠端(duan)面及圓柱(zhu)部(bu)分定位，加工(gong)時(shi)就能很好(hao)地保(bao)證總(zong)長公差。
（5）加工中心。采用圖12所示的心軸工裝，校正并找正圓心，用圖6或圖7所示的高速鉆銑中心、高精度刀柄、φ 0.4mm日本CKK鉆頭，擴φ （0.4±0.01）mm達圖(tu)1所示圖(tu)樣要求(qiu)。
此工序加工注意(yi)事項：錐口處(chu)很薄弱，φ 0.4mm孔在鉆削中進給量(liang)不能過(guo)快，如果過(guo)快，可能是(shi)擠(ji)壓而不是(shi)鉆削，會導(dao)致(zhi)孔徑超(chao)差(cha)(cha)、圓(yuan)度超(chao)差(cha)(cha)、孔口脹裂(lie)及毛(mao)刺嚴重等問題。
（6）終檢。其他的尺寸及公差檢驗都較容易，φ 0.4mm孔(kong)不易(yi)用常規(gui)的檢(jian)驗(yan)方法（ 通止規(gui)等） ， 此次借助(zhu)了(le)(le)顯微鏡檢(jian)驗(yan)（共加工7件(jian)，抽取4件(jian)做對比），結果如附表(biao)所示(shi)。了(le)(le)；但第1件(jian)孔(kong)徑超差（偏小），第4件(jian)有毛刺，圓度超差。
3. 疑點解析
（ 1 ） 為何要選擇進口(kou)SUS316L材料。該零件(jian)在(zai)使用中需(xu)要電加熱(re)， 還有液態(tai)流(liu)體穿過，必須防銹及(ji)耐一定的腐蝕及(ji)高溫(wen)氧(yang)化；錐口(kou)薄弱處結構對材質的考驗很高， 所以選用進口(kou)SUS316L。
（ 2 ） 加工過程中的第2 工序——粗鉆φ 0.35mm孔，為何不放在第3工序與內錐孔一起加工，還能減少一次裝夾？如果放在第3工序加工，必須先將內錐孔加工好，再鉆中心孔，然后鉆φ 0.35mm孔，一是中心鉆(zhan)(zhan)及鉆(zhan)(zhan)頭(tou)要懸長些(xie)， 刀具裝夾(jia)精度會(hui)降低(di)；二是切(qie)(qie)屑(xie)會(hui)積(ji)在內錐孔里(li)，較難(nan)排(pai)出，鉆(zhan)(zhan)頭(tou)斷(duan)(duan)裂(lie)風險(xian)高；三是鉆(zhan)(zhan)頭(tou)在鉆(zhan)(zhan)穿底面時，鉆(zhan)(zhan)頭(tou)兩刃的切(qie)(qie)削力(li)會(hui)不(bu)平衡，材料被鉆(zhan)(zhan)穿時的撕裂(lie)力(li)會(hui)影(ying)響鉆(zhan)(zhan)頭(tou)剛(gang)度，甚至斷(duan)(duan)裂(lie)。如放在第2工序就沒有這樣的風險(xian)，且操作方便(bian)。
（3）內錐孔及φ 0.4mm為何不采用電火花放電工藝？因為放電過程中， 電極存在損耗， 尺寸、圓度、表面粗糙度都很難控制好。即使采用損耗小的鎢銅電極或硬質合金電極、主軸帶C軸功能的電火花機床，雖能提高尺寸精度及圓度，但表面粗糙度值要達到Ra=0.8μm還是較難，雖然鏡面電火花工藝能實現Ra=0.8μm的表面(mian)粗(cu)糙度值，但(dan)外協(xie)成本較高，且沒(mei)有(you)實(shi)際(ji)驗證過該工藝，較難判定合理性(xing)，相比鉆(zhan)削(xue)(xue)加工沒(mei)有(you)優勢，故采用鉆(zhan)削(xue)(xue)工藝。
（4）毛刺去除。φ 0.4mm孔圖 12 作為最終加工工序，加工后的孔去毛刺要非常仔細，須借助投影儀或放大鏡放大毛刺并去除，因零件全部表面粗糙度值都不得超過Ra=0.8μm，所以要選用(yong)3 000目以上的砂紙修磨毛刺。不得采用(yong)酸性藥水及超聲波去(qu)毛刺，會(hui)腐蝕(shi)及破壞錐口(kou)薄(bo)弱處。
4. 結語
該工(gong)藝還可用在(zai)截取(qu)錐、萃取(qu)錐等鎳質(zhi)材料上，該類零件對材質(zhi)、刀(dao)具、工(gong)藝方法及(ji)(ji)(ji)細節控制要(yao)求很高，高質(zhi)量的(de)材質(zhi)及(ji)(ji)(ji)專用刀(dao)具可通過(guo)進口(kou)獲(huo)得，但工(gong)藝方法、細節控制等需要(yao)更多(duo)的(de)鉆研及(ji)(ji)(ji)掌控，這(zhe)些措施做好了，國產化加工(gong)的(de)零件是完全可以替代進口(kou)配件的(de)。