取樣錐是LC－MS（液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用）/ICP－MS（電感耦合等電離子體質(zhì)譜）上的核心關(guān)鍵器件,，該件在使用過程中需要經(jīng)常維護(hù)和更換取樣錐，采購(gòu)渠道主要從國(guó)外進(jìn)口,。采購(gòu)周期較長(zhǎng),，費(fèi)用也較高,，且國(guó)際一線設(shè)備商一般都與國(guó)外專業(yè)加工廠商簽有排他性協(xié)議，不得為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手加工同樣或類似的零件,，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研制進(jìn)程緩慢,。
1. 圖樣工藝分析
如圖1所示，零件材料為進(jìn)口的SUS316L,，該零件的主要加工難點(diǎn)有：
?。?）316L不銹鋼材質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)低,，加工硬化嚴(yán)重,，特別是錐孔底部的薄弱處。
?。?）定制的64°內(nèi)錐孔成形刀尖部磨損嚴(yán)重,，刀尖斷裂的風(fēng)險(xiǎn)很高,，錐孔底部尺寸難加工到位。
?。?）φ 0.35mm的鉆頭（粗加工）及φ 0.4mm的鉆頭（擴(kuò)孔）剛度差,，截面積小，散熱慢,，鉆頭磨損嚴(yán)重,，斷裂的風(fēng)險(xiǎn)極高。
?。?）內(nèi)外圓同軸度不高,、錐底部結(jié)構(gòu)薄弱，存在變形,、孔徑超差,、圓度超差、破邊及毛刺不易去除等問題,，這些問題都會(huì)影響到零件裝機(jī)后的測(cè)試靈敏度,，關(guān)系到整機(jī)性能。
?。?）φ 0.4mm的圓柱長(zhǎng)度只有0.02mm,，沒法實(shí)現(xiàn)，經(jīng)與研發(fā)部門討論后改為0.1（+0.1,，+0.05）mm,，但加工難度仍然很高。
2. 加工過程
?。?）數(shù)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(shí)建議采用圖2所示工藝加工,，φ10.5mm的圓柱長(zhǎng)度有利于后續(xù)工序裝夾，圖3在調(diào)頭加工下一工序時(shí),，裝夾長(zhǎng)度過短,、裝夾精度降低。加工時(shí)需一次裝夾,，加工出各部位的尺寸,。
（2）加工中心調(diào)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1mm的微孔,，如圖4所示,。
鉆不銹鋼微孔時(shí)的注意事項(xiàng)： 微孔鉆頭刃部細(xì)長(zhǎng)、剛性差,、易偏斜及斷裂,，又因?yàn)椴讳P鋼材質(zhì)導(dǎo)熱差、硬化層嚴(yán)重及鉆頭排屑不暢,，導(dǎo)致升溫快,、磨損嚴(yán)重等問題。
針對(duì)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(fā)，鉆頭采用柄部加粗結(jié)構(gòu),， 增加鉆頭剛性,，適用于不銹鋼、鈦合金及合金鋼等材質(zhì),，該規(guī)格鉆頭推薦的加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速11 000r/min,，進(jìn)給速度45mm/min，為了提高鉆頭的壽命,，在實(shí)際加工中將進(jìn)給速度下降至20mm/min,，轉(zhuǎn)速不變，切入時(shí)進(jìn)給速度vf=10mm/min,，每次進(jìn)刀0.05mm,，退刀一次，切入后變?yōu)?em style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; line-height: 25.6px; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">vf=20mm/min,，每進(jìn)刀1mm,，退刀一次，轉(zhuǎn)速仍為11 000r/min,，加工模式為G83鉆孔,， 經(jīng)鉆削驗(yàn)證， 加工過程順利,，沒有斷鉆頭,，孔的尺寸也很穩(wěn)定。
φ 0.35mm微孔鉆削中還有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：①中心孔必須鉆正,，且鉆尖橫刃要足夠小,，不然起不到定心作用。②盡可能的采用高速機(jī)床及專用高精度刀柄,，如圖6,、圖7所示,。該機(jī)床轉(zhuǎn)速最高18 000r/min?！?/p>
?。?）加工中心找正外圓及圓心， 去內(nèi)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(zhì)合金棒（不銹鋼專用）改制成的錐孔刀粗精鉆64°錐孔（見圖9）。
64° 錐孔的深度尺寸很關(guān)鍵,，用成形刀鉆削時(shí),，因?yàn)榈都獠粶?zhǔn)確，對(duì)刀時(shí)誤差會(huì)很大,，過淺會(huì)導(dǎo)致錐孔與φ 8mm圓柱接不順,；過深會(huì)導(dǎo)致錐孔底部φ 0.4mm孔圓柱長(zhǎng)度消失， 零件直接報(bào)廢,，為此,，設(shè)計(jì)了圖10所示錐孔深度檢驗(yàn)工裝，通過加工中不斷調(diào)整深度及檢測(cè),，來(lái)精確控制64°錐孔深度,。
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(lái)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(shí)轉(zhuǎn)速800r/ min ,、vf=30mm/min，每次進(jìn)刀0.2mm,，退一次刀； 精鉆錐孔時(shí)轉(zhuǎn)速不變,，vf=30mm/mi n,，每次進(jìn)刀0.2mm，退一次刀,。粗精加工都采用G83模式鉆孔,，勤排屑,。
（4）數(shù)控車,。按圖12所示,，制作專用工裝心軸，用螺紋環(huán)軸向鎖緊,，精車外錐及總長(zhǎng),。車外錐時(shí)有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：①精車外錐時(shí)，車刀要采用大前角的35°菱形刀片,，刀尖R0.2mm,，減小切削阻力，防止錐口擠壓變形,。②心軸與零件圓柱內(nèi)孔面的配合間隙控制在0.01mm以內(nèi),，且心軸軸線與主軸旋轉(zhuǎn)軸線的同軸度要控制在0.005mm以內(nèi)，越高越好,，一旦間隙及心軸軸線同軸度誤差過大,，會(huì)導(dǎo)致偏心，錐孔口部會(huì)破邊（圖樣單邊厚度只有0.05mm）,，零件直接報(bào)廢,。③按圖12所示加工的心軸會(huì)存在過定位情況，可將心軸外錐部分車小0.05mm或0.1mm左右,，靠端面及圓柱部分定位,，加工時(shí)就能很好地保證總長(zhǎng)公差。
?。?）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(kuò)φ （0.4±0.01）mm達(dá)圖1所示圖樣要求,。
此工序加工注意事項(xiàng)：錐口處很薄弱，φ 0.4mm孔在鉆削中進(jìn)給量不能過快,，如果過快,，可能是擠壓而不是鉆削，會(huì)導(dǎo)致孔徑超差,、圓度超差,、孔口脹裂及毛刺嚴(yán)重等問題。
?。?）終檢,。其他的尺寸及公差檢驗(yàn)都較容易,，φ 0.4mm孔不易用常規(guī)的檢驗(yàn)方法（ 通止規(guī)等） ， 此次借助了顯微鏡檢驗(yàn)（共加工7件,，抽取4件做對(duì)比）,，結(jié)果如附表所示。了,；但第1件孔徑超差（偏?。?件有毛刺,，圓度超差,。
3. 疑點(diǎn)解析
（ 1 ） 為何要選擇進(jìn)口SUS316L材料,。該零件在使用中需要電加熱,， 還有液態(tài)流體穿過，必須防銹及耐一定的腐蝕及高溫氧化,；錐口薄弱處結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)的考驗(yàn)很高,， 所以選用進(jìn)口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(nèi)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(nèi)錐孔加工好，再鉆中心孔,，然后鉆φ 0.35mm孔,，一是中心鉆及鉆頭要懸長(zhǎng)些， 刀具裝夾精度會(huì)降低,；二是切屑會(huì)積在內(nèi)錐孔里,，較難排出，鉆頭斷裂風(fēng)險(xiǎn)高,；三是鉆頭在鉆穿底面時(shí),，鉆頭兩刃的切削力會(huì)不平衡，材料被鉆穿時(shí)的撕裂力會(huì)影響鉆頭剛度,，甚至斷裂,。如放在第2工序就沒有這樣的風(fēng)險(xiǎn)，且操作方便,。
?。?）內(nèi)錐孔及φ 0.4mm為何不采用電火花放電工藝？因?yàn)榉烹娺^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(zhì)合金電極、主軸帶C軸功能的電火花機(jī)床,，雖能提高尺寸精度及圓度,，但表面粗糙度值要達(dá)到Ra=0.8μm還是較難，雖然鏡面電火花工藝能實(shí)現(xiàn)Ra=0.8μm的表面粗糙度值,，但外協(xié)成本較高,，且沒有實(shí)際驗(yàn)證過該工藝，較難判定合理性,，相比鉆削加工沒有優(yōu)勢(shì),，故采用鉆削工藝。
?。?）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(xì),，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3 000目以上的砂紙修磨毛刺,。不得采用酸性藥水及超聲波去毛刺,，會(huì)腐蝕及破壞錐口薄弱處。
4. 結(jié)語(yǔ)
該工藝還可用在截取錐,、萃取錐等鎳質(zhì)材料上,，該類零件對(duì)材質(zhì)、刀具,、工藝方法及細(xì)節(jié)控制要求很高,，高質(zhì)量的材質(zhì)及專用刀具可通過進(jìn)口獲得，但工藝方法,、細(xì)節(jié)控制等需要更多的鉆研及掌控,，這些措施做好了，國(guó)產(chǎn)化加工的零件是完全可以替代進(jìn)口配件的,。