图1　一种带负压深孔加工系统

二、负压排、断屑原理分析

1. 液流横截面为圆形
   图1为一带负压深孔加工系统(卧式状态)示意图，加工时一路油(或切削液P2，Q2)从前端输入，另一路油(或切削液P，Q)从后端输入，通过图示装置产生负压效应，从而实现抽吸切屑。
   首先在加工系统后端部分，在不考虑流过缝隙的局部和沿程压力损失情况下，卧式条件下列出1－1、2－2截面的伯努利方程如下：

   Po + V2o = Pa + V2 g 2g g 2g

   (1)

   
   

   式中	g——	切削液的比重，g＝r*g(r为切削液的比密)
   	g——	重力加速度
   	Vo，V——	1-1，2-2处液体流速
   	Po，Pa—	1-1，2-2处压力，除特殊说明外，均为绝对压力，因2-2截面直接接回油箱，故Pa为环境大气压力

   由流量公式Q＝VA及连续性方程A₁V₁＝A₂V₂可得

   V1= Q A0

   (2)

   V2= Q A

   (3)

   式中　A₀——1-1截面液流面积，A₀＝pdd
   A——2-2截面液流面积，A=pD²/4
   将式(2)，(3)代入式(1)，注意到V₀＝V₁cosf，并整理可得

   P0=Pa rQ2 [( 24 )-( cosf )2] 2p2 D dd

   (4)

   当考虑液体流过缝隙时的沿程压力损失时，则流量可表示为

   Q= pdd3 (P-Pa) 12µx

   (5)

   式中　µ——流体的粘度
   x——缝隙长度
   将式(5)代入式(4)得

   P0=Pa+ 16d2d2-4cos2f · rd4(P-Pa)2 D4 288µ2x2

   (6)

   由式(6)可以看出，因P≥P_a，d≤D，所以P₀很容易形成负压，即在刀杆内孔中很易产生负压。
   设在加工系统中的前输油部分压力为P₂，流量为Q₂，则对切屑就很易形成前拉(吸)后推的作用，从而使切屑方便、快捷地排除。
   前供油压力P₂到达刀头即切削区时压力降为P₂，则由流量式

   Q2=	pd2(d1-d2)3	(P2-P1)
   	96µl

   得

   P1=P2- 96µl Q2 pd2(d1-d2)3

   (7)

   在钻削过程中，如果待加工孔径d₁₂确定，不论采用什么样的内排屑钻削方式加工，d₂不会有太大差异，故为了使切屑能在此切削液压力作用下顺利地从刀杆内孔d₃中排出，需要较大的P₂才能完成。
   又由管中流动式

   P1=P0+	128µl	Q
   	pd43

   得

   P1=P0+ 128µl Q pd43

   (8)

   图2　负压断屑示意图

   如果仅从排屑的角度来分析，可以由(7)、(8)两式得知，有了负压抽吸装置后，在同样的排屑能力下，前输油部分要求压力可明显降低。同时由我们的《深孔加工的负压外排屑探讨》可知，即使在这种情况下，排屑效果也会比原来的情况要好。如果还维持原来的前输油供油压力，则排屑能力会大大提高，不仅如此，同时由于在切削刃处，切屑的两面形成一定压差，如图2所示，假设忽略负压效应沿刀杆管的沿程损失(实际上相当于管内空气的沿程压力损失)，那么切屑会在P₁、P₀作用下，很容易被拉断，此时的拉力F为

   F=(P1-P0)l1r1h

   (9)

   切屑能承受的极限拉力F1为

   F1=dr1f

   (10)

   式中　l₁——切屑长度
   r₁——切屑宽度
   h——切屑承压面占切屑总面积的比例
   d——切屑的抗拉强度
   f——加工时的每转进给量
   显然当F＞F₁时，切屑将被拉断，由此可见切削系统中增加负压抽吸装置后，不仅对排屑能起到非常明显的作用，而且对断屑也会有很大帮助。所以，在设计时若要达到此目的，可以由(6)～(10)式进行理论计算。
   此外，由式(6)、(7)、(8)可得

   P2=( 96l + 128L )µQ2+Pa+ rdd3 [( 2 )4-( cosf )2](P-Pa) pd2(d1-d2)3 pd43 24µxp D dd

   (11)

   图3　另一带种负压深孔加工系统

   由此式可以看出，如果P₂等于环境压力，即不加前输油器，这在一些情况下是可能的，因有些零件结构不允许，前面无法安装输油器，则传统上认为不能采用上述系统加工，笔者认为此时可将工件浸入润滑液中(甚至不用前润滑液输入，就直接进风，进行空气冷却)，仅借助于负压装置P来使前输入油口吸入润滑液，完成加工，从而使此种加工系统应用范围扩大，故称为强力负压孔加工系统，设计时，可借助式(11)进行有关计算。
2. 液流截面为非圆截面
   图3为另一种带负压深孔加工系统示意图，所用刀具为枪钻，后面输入切削液，前面为负压输出口。切削液流入通道和切屑流出通道均为非圆横截面，借助于非圆截面流量公式，可以推出对应于前面式(6)、(7)、(8)的如下三式

   P0=Pa+ rd4 (P-Pa)2[(pdd)2-A21cos2f] 288µ2x2

   (12)

   P1=P2- 35grLS Q2 16A3

   (13)

   P1=P0- 35grlS1 Q2 16A31

   (14)

   式中　S，A——分别为进油口即刀杆内孔周长和面积
   S₁，A₁——分别为出屑口即刀杆V型槽周长和面积

三、小　结