深孔的加工（下）

HEATS 发表于 2010-10-22 08:30:23

七、深孔的珩磨(原理、特点、珩磨头、珩磨液、工艺参数、工作压力、轮式珩磨)
珩磨是在低的切削速度下，对工件表面进行光整加工的方法，是磨削的一种特殊形式，也是一种较高效率的机械加工工艺。它能够提高工件尺寸和几何形状精度及降低工件表面粗糙度，而广泛于内孔的光整加工。
1、珩磨加工的工作原理，是在一定机械作用下，珩磨条(轮)和工件的相对运动条件下，对工件表面进行低速磨削。
2、珩磨加工的特点：加工精度高，珩磨后圆度可达0.0005～0.005mm，尺寸精度可达0.005～0.025mm，表面粗糙度可达Ra0.4～0.05μm，而且无烧伤、嵌砂和裂纹；珩磨主要用于加工孔，适用于加工长径比大于10的深孔，还可以适用于其它成形加工(球面、平面、外圆等)。珩磨孔的直径为Φ1～Φ1200mm，长度可达12000mm。几乎所有的材料均可以进行珩磨；珩磨后的表面纹理，有利于油膜的形成，而使工件使用寿命增长；珩磨对机床的精度要求低，工人劳动强度低，可适用普通机床(车、铣、镗、钻床)加工高精度的孔。 
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珩磨油石
3、珩磨油石(轮)的选择：珩磨油石(或轮)的选择，是根据工件材料和工件的表面质量要要求，来选择它们的特性(磨料、粒度、硬度和结合剂)的。
1)、磨料：珩磨碳钢、合金钢时，选用白刚玉(WA)；珩磨不锈钢、轴承钢、高速钢时，选用单晶刚玉(SA)或铬刚玉(PA)；珩磨不锈钢、高强度钢、高温合金、耐热钢时，选用立方氮化硼(CBN)：珩磨硬脆材料时，选用碳化物磨料(GC、C、BC、D)。
2)、粒度：磨料的粒度是根据工件表面粗糙度的要求来选择。
Ra0.8μm为120#～150#；Ra0.4μm为150#～240＃；Ra0.2μm为240#～W40；Ra0.1μm为W40～W20；Ra＜0.05μm为＜W20。
3)、结合剂：条式和大直径孔珩磨时，一般选用陶瓷结合剂(V)和树脂结合剂(B)外，还采用青铜结合剂(QT)，小孔径珩磨条也多采用B和QT结合剂。珩磨轮一般采用树脂结合剂。
4)、硬度：在相同条件下，珩磨油石的硬度应比砂轮的硬度低一些，以保证油石在珩磨过程中自锐性好。普通油石的硬度在J～P(软3～中硬1)选用，金刚石和立方氮化硼油石的硬度在M～S(中～硬1)选用。总之，珩磨油石(轮)的硬度与工件材料的硬度有关。也即是工件材料的硬度高，油石的硬度应低。
5)、浓度：只有金刚石和立方氮化硼为磨料的磨具才规定浓度。它是指1cm³体积中含有金刚石或立方氮化硼磨料的重量(克拉)。常用油石的浓度为150％(6.6克拉/cm³)、100％(4.4克拉/cm³)、75％(3.3克拉/cm³)、和50％(2.2克拉/cm³)四种。它也和工件材料的硬度和磨料粒度有关，硬度高的工件材料和磨料粒度粗，也就选高浓度；反之，就选低浓度。
6)、油石长度和珩磨轮直径：珩磨油石长度一般为1.5倍孔径；珩磨轮直径一般为Φ50～Φ120mm。
4、珩磨头：深孔珩磨头有以下几种，如图20～21。珩磨头的结构形式，根据不同的需要有许多种，如有珩磨小孔、大孔、锥孔、盲孔和台阶孔。从扩张力分有定压的、手动扩张的。
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5、珩磨液：珩磨钢或铸铁时，采用80％煤油+20％的机械油；珩磨青铜、铝，采用煤油。
6、珩磨工艺参数：圆周速度Vc=15～28m/min，往复速度Va=10～20m/min，交叉角Θ=30º～45º，如图22，合成速度Ve=20～35m/min。
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交叉角的计算：
Vc=VecosΘ/2(m/min)
Va=VesinΘ/2(m/min)
7、珩磨时的工作压力：一般为0.1～0.8MPa，精珩时取小值。
8、珩磨余量：和般为2ap=0.05～0.1mm，或取前工序总误差的2～2.5倍。现在在加工长度较大的油缸时，可用无缝钢管，不经过切削，采用刚性珩磨头，直接珩磨加工出油缸。
9、轮式珩磨：轮式珩磨也是一种对工件表面进行光整加工的方法之一。它的原理与实质是利用细粒度磨料的珩磨轮，在浮动的状态下，对工件表面进行低速磨削。轮式珩磨可采用单轮、双轮或多轮的形式。珩磨轮安装的工件轴线在空间相成25º～35º，如图23～25所示。
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轮式珩磨可适用于不同硬度、材质的材料，对前工序工件表面粗糙度要求不高，可达到Ra0.05μm的表面粗糙度。由于它在浮动状态下工作，不能改变工件的形状精度。它适用于外圆、内孔、平面，更适用大孔径深孔的光整加工。
1)、轮式珩磨的工艺参数：余量：2ap=0.05～0.1mm；工件(或珩磨磨头)速度：Vc=50～80m/min；进给量：f=0.2～1mm/r；接触压力：100—200N。
2)、珩磨轮特性的选择：参考条式珩磨，但它的结合剂一般采用树脂结合剂。
3)、珩磨液：粗珩时，可加油酸，一般采用煤油80％～90％+10#机械油10％～20％。
4)、珩磨轮的修整：可采用人造聚晶金刚石(PCD)刀具车削，使内外圆同轴和形状接近工作状态；在珩磨过程中自行修整其形状。
5)、珩磨轮制造：珩磨轮工作层由磨料70％，环氧树脂20％，乙二胺7％，邻苯二甲酸二丁酯3％组成。浇注前先用容器把环氧树脂加热到70～80℃，把磨料加热到60℃左右，倒在一起搅拌均匀，再把其它两种倒入搅拌均匀，再加热到70～80℃，并不停地搅拌，3min后即可浇注到模型中，如图26所示，等固化冷却后出模，修整后即可使用。
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八、深孔的挤压
挤压加工是小孔表面精整和强化的方法之一，它可以得到IT5～IT6的精度和Ra1.6～0.21μm的表面粗糙度，而且对于工具要求简单，对机床的精度要求也低。它适合于孔径Φ2～Φ50mm的孔，而且加工效率也很高。它的特点是精整尺寸、挤光表面、强化表层。
1、挤压元件：挤压元件的形状如图27所示。它是由工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金制造。前三种材料淬火后硬度达到HRC60～66，加工后的表面粗糙度应小于Ra0.05μm。
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在使用时最常采用的是a、d、e三种。它的前锥角α和后锥角αˊ=4º～5º；棱带宽度b=1.5～2mm，也可以用b＝1/13d+0.3的公式计算(d为孔径)；球形挤压头的球径D=孔径d+过盈量。
2、挤压过盈量：挤压头直径大于工件孔径的量为过盈量。过盈量小了，孔挤压后无法全部熨平反之会产生拉毛和刮伤。它的大小与工件材料、孔径和孔的壁厚有关，有般为0.05～0.1mm。孔径小，孔壁薄时，取小值。
3、挤压方式：孔的长度较短和孔径大时，采用推挤，反之采用拉挤。拉挤还可以在拉床上进行。
4、挤压速度：工件为塑性材料时，Vc=2～5m/min，为脆性材料时(如铸铁、黄铜)，Vc=5～7m/min。
5、挤压润滑剂：工件为塑性材料时，为黄油或MoS2油膏或机械油+石墨；工件为脆性材料时，用机械油+豆油；挤压铝时，用高浓度的乳液；挤压铸铁时，用煤油。其中机械油+石墨效果最好。
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加工深孔数控钻床
九、结束语：
加工深孔，是机械加工比较难而复杂的加工，所以在加工的每一环节都应严谨对待，不可忽视。只要认识和掌握加工条件的每一环节，就能达到预想的目的。

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