在機加工中,常會遇到鉸孔加工。鉸孔是普遍應用的孔的精加工方法之一。因為鉸刀的齒數較多,導向性能好,心部的直徑大,刀具的剛性好,加工餘量較小,切屑的厚度較薄,可以獲得IT9~IT7級直徑尺寸精度,內孔的表面粗糙度值可以控制在Ra1.6~0.8μm之間。不過,鉸孔對於糾正孔的位置誤差的能力很差,因此,孔的有關位置精度應由鉸孔前的預加工工序予以保證。在鉸削前孔的預加工,應先進行減少和消除位置誤差。
例如,對於同軸度和位置公差有較高要求的孔,首先使用中心鑽或點鑽加工,然後鑽孔,接著是粗鏜,最後才由鉸刀完成加工。另外鉸孔前,孔的表面粗糙度應小於Ra3.2μm。
鉸孔質量的好壞取決於鉸刀本身的精度和表面粗糙度。因此,鉸刀幾何參數的合理選擇,決定了被鉸孔加工質量的好壞。
1.鉸刀直徑
它是根據被加工孔的公稱尺寸和公差以及在鉸削過程中被加工孔的擴張量或收縮量決定的。鉸刀直徑尺寸的確定,一般鉸刀的直徑多採用經驗數值:
鉸刀直徑的基本尺寸=孔的基本尺寸;
上偏差=2/3被加工孔的直徑公差;
下偏差=1/3被加工孔的直徑公差;
例如:
鉸削φ20H7(+0.021/0)的孔,則選用的鉸刀直徑:
鉸刀基本尺寸=φ20 mm
上偏差=2/3×0.021 mm=0.014 1 mm
下偏差=1/3×0.021 mm=0.007 mm
所以選用的鉸刀直徑尺寸為φ20(+0.0141/+0.007)mm。
2.鉸刀的齒數確定
鉸刀是多刃刀具,鉸刀齒數取決於孔徑及加工精度,標準鉸刀有4~12齒。一般,鉸刀的齒數愈多,鉸孔的精度就越高,表面粗糙度值就越低,同時,分布在每個切削刃上的負荷也就小,有利於減少鉸刀的磨損。但刀具的製造刃磨較困難,在刀具直徑一定時,刀齒的強度會降低,容屑空間小,由此造成切屑堵塞和劃傷孔壁甚至蹦刃。特別是鉸深孔和切削餘量大時,因容屑槽被切屑堵塞,切削液流不進去,致使鉸刀和工件因產生熱量而變形,影響加工質量。齒數過少,則鉸削時的穩定性差,刀齒的切削負荷增大,且容易產生幾何形狀誤差。
鉸刀齒數可參照下表:
鉸刀的刀齒又分為直齒和螺旋齒兩種。螺旋齒鉸刀帶有左旋的螺旋槽,這種設計適合於加工通孔,在切削過程中左旋螺旋槽「迫使」切屑往孔底移動並進入空區。不過它不適合盲孔加工。
3.切削錐角
它主要是根據不同的加工材料和鉸刀的類型來加以選擇。
4.前角
由於鉸削的餘量較小,切削僅在刀尖處進行,與刀齒的前傾面很少接觸,故前角可以為零,但在鉸削塑性較大的材料時,為避免切屑粘滯在刀刃上,前角應取大一些。
5.后角
鉸刀的后角大,雖然可以提高切削刃的銳利程度,卻降低了刀齒強度,在切削過程中容易產生震動和磨損,鉸刀直徑也隨之減小,使鉸孔直徑達不到要求。
6.刃帶寬度
它主要是引導鉸刀方向和光整孔壁,同時也為了便於測量鉸刀的直徑。鉸刀的齒數越多刃帶的積累寬度也越大。因此有利於孔壁降低表面粗糙度值,鉸刀的直徑也不容易變小。但鉸刀刃帶較寬或積累寬度值過大時,會增加摩擦力矩和切削熱,對孔壁的擠壓比較嚴重,容易將孔徑漲大,一般選擇鉸刀的刃帶不超過0.25mm。
7.鉸刀的倒錐量
磨倒錐量是為了避免鉸刀校準部分後面摩擦孔壁。
對鉸孔而言,鉸削用量是很重要的。它對鉸削過程中的摩擦切削力,切削熱以及切屑瘤的形成和加工精度、表面粗糙度都有極大的影響,因此一定要合理加以選擇使用。
1.鉸削餘量
鉸削餘量是留作鉸削加工的切深的大小。通常要進行鉸孔餘量比擴孔或鏜孔的餘量要小。鉸削餘量太大會增大切削壓力而損壞鉸刀,導致加工表面粗糙度很差。餘量過大時可採取粗鉸和精鉸分開,以保證技術要求。鉸削餘量太小,鉸削時不易校正上道工序殘留的變形和去掉表面殘留的缺陷,使鉸孔質量達不到要求。
一般鉸削餘量為0.1~0.25mm,對於較大直徑的孔,餘量不能大於0.3mm。
有一種經驗建議留出鉸刀直徑1~3%大小的厚度作為鉸削餘量(直徑值),
如Φ20的鉸刀加Φ19.6左右的孔直徑比較合適:
20-(20×2/100)=19.6
對於硬材料和一些航空材料,鉸孔餘量通常取得更小。
2.機鉸的切削速度和進給量
鉸削速度和進給量要根據加工材料合理選擇。進給量不能選得太小,太小時切削厚度可能小於切削刀齒的小圓半徑。鉸削餘量、切削速度、進給量這三個要素是相互影響。當鉸削餘量較大時,切削速度,進給量就不能選得過高;反之,如果切削速度和進給量選取較小值時,則可適當提高切削速度。
鉸孔的進給量
鉸孔的進給率比鑽孔要大,通常為它的2~3倍。取較高進給率的目的是使鉸刀切削材料而不是摩擦材料。但鉸孔的粗糙度Ra值隨進給量的增加而增大。
進給量過小時,會導致刀具徑向摩擦力的增大,鉸刀會迅速磨損引起鉸刀顫動,使孔的表面變粗糙。
標準高速鋼鉸刀加工鋼件,要得到表面粗糙度Ra0.63,則進給量不能超過0.5mm/r,對於鑄鐵件,可增加至0.85mm/r。鉸孔操作的主軸轉速
鉸削用量各要素對鉸孔的表面粗糙度均有影響,其中以鉸削速度影響最大,如用高速鋼鉸刀鉸孔,要獲得較好的粗糙度Ra0.63;m,對中碳鋼工件來說,鉸削速度不應超過5m/min,因為此時不易產生積屑瘤,且速度也不高;而鉸削鑄鐵時,因切屑斷為粒狀,不會形成積屑瘤,故速度可以提高到8~10m/min。
通常鉸孔的主軸轉速可選為同材料上鑽孔主軸轉速的2/3。例如,如果鑽孔主軸轉速為500r/min,那麼鉸孔主軸轉速定為它的2/3比較合理:
500×0.660=330r/min
當然,為了更好地控制鉸孔加工質量,除了鉸刀幾何參數及鉸削用量外,在鉸削過程中,採用合理的切削液來冷卻和排屑,也是必不可少的!
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