加工汽缸内孔用镶片套式精铰刀

HEATS

摘　要：设计出一种高效镶片套式精铰刀，介绍了-刀具的结构和主要参数，指出了使用过程中的注意事项。
关键词：汽缸套　内孔加工　精铰刀Qu Guilong et al

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Tipped Shell Reamer for Finishing the Hole of Steam Cylinder

 

Abstract： A type of tipped shell reamer with high efficiency is designed，and the structure ａnd main parameters of this tool are presented．The matters needing attention in applying this tool are also put forward．
Keywords： cylinder casing machining of hole finishing reamer

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一、概

　　镶片套式精铰刀是加工汽缸套内孔的专用精铰孔-刀具，使用范围一般介于汽缸套扩孔和珩磨内孔工序之间，可用于半成品汽缸套内孔的最终加工，也可用于汽缸套珩磨内孔前的预加工。镶片套式精铰刀的切削刃较多，因而导向刃带也较多，在精铰汽缸套内孔时，导向性能良好。由于该铰刀是在汽缸套内孔经过扩孔后的条件下加工，切削条件较好，加之刀体强度高，因此生产效率高，加工精度好，内孔表面粗糙度值可达到R_a3．2～1．6μm。

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二、镶片套式精铰刀的结构特点

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　　我厂设计的镶片套式精铰刀结构见图1，它由铰刀体1和刀块2以及焊在刀块上的硬质合金刀片3构成。刀块2（见图3）与刀体1（见图2）采用齿纹连接，通过刀体1上的1∶5锥度的锥孔，将铰刀安装在专用铰刀杆的端部，并通过螺母压紧刀具。刀体1上还留有一定宽度的键槽孔，用来承受旋转扭矩。这种镶片套式结构具有足够的强度和刚性，最大的优点是在刀具直径磨损后，可借助齿纹把刀齿移动一个或数个齿距，从而易于确定刀片重磨时需要磨去的硬质合金材料余量。

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1．刀体　2．刀块　3．硬质合金刀片

图1

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图2

图3

　　由于刀齿在切削过程中磨损不均匀，尤其是硬质合金刀片，除了磨损外还会发生崩刃和破裂，加之刀齿是通过移动若干齿距而使其外伸，这将增大重磨余量和重磨费用。为消除这些缺陷，我们将刀体的齿纹加工成特殊排列形式，即后一个槽中的齿纹相对于前一个槽中的齿纹保持一定的移动距离。移距值等于齿纹的齿距与刀具齿距之商。刀齿磨钝后需重磨时，不应保持在原来的槽内，而应依次配装在下一个槽中，通过移距值的变化直接对刀具直径进行调整，从而获得适当的刃磨余量，使此种铰刀在刃磨后仍能恢复至原来的直径尺寸，具有与新刀具同样的使用性能。如刀片已用完，也可在原刀体上换装新的刀块，经过刃磨后继续使用。这种刀具通用性好，刀块稍作调整即可在一定范围内加工直径不同的汽缸套内孔，从而大大降低了生产成本。目前，镶片套式精铰刀已在生产汽缸套的厂家推广使用。

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三、镶片套式精铰刀的主要参数

　　1．直径D
　　直径是镶片套式精铰刀重要的尺寸参数，它决定着被加工汽缸套内孔的直径，可根据汽缸套所要求的内径工艺尺寸并考虑以下四个因素来确定铰刀的直径：
　　（1）由于颤动而使铰刀铰出的孔径扩大量（一般最大为0.018～0.02mm，最小为0．005mm）；
　　（2）铰刀在使用过程中的直径磨损量；
　　（3）精磨刀刃时的直径公差范围（一般为0.02～0.025mm）；
　　（4）干式汽缸套和湿式汽缸套的不同变形量（通常干式汽缸套的变形量大于湿式汽缸套）。
　　2．主偏角K_r
　　由于铰刀的用途不同，所以切削刃上主偏角K_r的大小也不同。主偏角K_r小，轴向力也随之减小，此时铰刀容易进入所加工的汽缸套内孔；但是主偏角越小，切下的金属层越薄，对于韧性金属工件来说，加工表面质量难以保证。在铰削余量及进给量不变的情况下，主偏角的变化将引起切屑宽度和厚度的比值发生变化。由此可见，主偏角对切屑形状及排屑性能、铰刀磨损量和汽缸套内孔表面质量都有影响。由于机用镶片套式精铰刀轴向力的大小对使用性能影响不大，所以选择主偏角时应以保证汽缸套内孔的形位公差和尺寸精度及良好的内孔表面粗糙度为目的，一般取主偏角K_r＝15°～45°。
　　从加工汽缸套内孔实际使用效果出发，我厂使用的镶片套式精铰刀选择K_r＝15°。同时在主偏角前端设计出一定长度的45°倒角，并磨出8°～10°的后角，以提高刀具性能。
　　3．齿数Z
　　由于精铰孔时的切削余量很小，根据刀齿的载荷，齿数不宜过多。但由于切削余量很小，排屑槽的容屑空间不需要很大的位置，同时为了使汽缸套内孔获得较低的表面粗糙度，较小的形位公差及较高的尺寸精度，又应增加铰刀的齿数，以达到理想的切削效果。加工汽缸套内孔用的镶片套式精铰刀以Z＝6、8或10时效果较好。
　　4．前角γ和后角α
　　切削部分的前角γ和后角α根据刀具的用途及被加工材料来选取，加大后角能使铰刀切削条件有所改善，但由于刀齿楔角减小，刀齿强度减弱，散热条件变差，将使切削刃的磨损加剧。为了获得较好的形位公差和尺寸精度，以及低的内孔表面粗糙度，镶片套式精铰刀一般采用γ＝0°，这种前角对韧性金属和脆性金属均适用。有时为防止刀齿崩裂，也可把前角磨成－3°～－5°；加工韧性金属时，则可磨成5°～10°，但是在使用这种前角时，必须严格选择切削用量，特别是切削速度一般不应大于2m／min，否则内孔加工质量将急剧下降。
　　铰刀剧烈磨损之后，重磨十分不便，因此切削部分的后角应选择较小值，通常取α＝5°～8°，这样可防止刀具的过快磨损。在实际生产中，建议汽缸套内孔加工用的铰刀磨成两个后角，即α＝30′～1°30′，α₁＝8°～12°。
　　5．刃带宽度f
　　镶片套式精铰刀前刀面和后刀面的棱角处留有一条圆柱形刃带，刃带宽度通常为f＝0．1～0．5mm，它是镶片套式精铰刀的重要组成部分，其主要功能如下：
　　（1）在铰削汽缸套内孔时起导向作用；
　　（2）挤压被加工汽缸套内孔表面，降低内孔表面粗糙度值；
　　（3）在制造和刃磨时，容易准确测出铰刀实际直径尺寸；
　　（4）能较长时间地维持铰刀的正确直径尺寸，延长刀具的使用寿命；
　　（5）防止或减轻铰孔时刀具的颤振。
　　6．齿纹型式和齿纹参数
　　齿纹夹固是装配式刀具应用最广泛的一种刀齿夹固方式，镶片套式精铰刀刀槽中的齿纹有三种型式：（1）齿纹沿刀具的半径方向（径向）；（2）齿纹沿刀具的轴线方向（轴向）；（3）齿纹沿与刀具轴线倾斜10°～15°的方向（斜向）。
　　齿纹型式的选择主要取决于刀齿的最大磨损方向和需要重磨的方向。加工汽缸套内孔时，我们选用轴向齿纹，并且使刀槽内齿纹与刀具轴线形成5°倾角，从而保证了刀块夹固的可靠性。当齿纹沿轴向分布时，移动刀齿即可增大刀具直径，从而补偿比端面磨损更大的齿顶磨损，同时刀齿的伸出部分和容屑空间仍保持不变。此外，具有轴向齿纹的刀齿不仅能沿刀具轴线方向移动，并可通过这样的移动补偿端面刀齿的磨损。采用轴向齿纹的刀体制作简便，工艺性较好，齿纹的结构见图4，主要参数可根据需要按下表选取。

 

图4

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表

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序号	移距值K	t	α	C	C1
1	t／齿数z	1．5	90°	0．3	0．32
2	t／齿数z	1	90°	0．2	0．2
3	t／齿数z	0．5	90°	0．14	0．14

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四、注意事项 　　（1）镶片套式精铰刀的刀块安装要牢固，不能有过大间隙，否则加工出的汽缸套内孔质量达不到图纸要求。 　　（2）装配好后，要在工具磨床上用芯轴定位刃磨整个刀齿，使各项参数达到要求，其直径尺寸必须在同一圆周上并且在规定的公差范围内。 　　（3）刀齿重磨时，不应将刀块安装在原来的刀槽中，应按刀体上的刀槽号，将刀块安装在下一个刀槽中，然后依次排列调整，这样可减小个别刀齿的重磨量。 　　（4）应选择适当的切削液，否则难以保证汽缸套内孔的加工质量。一般选用煤油，为了节约成本，也可选用按一定母液与水配制的切削液（即“以水代油”），效果也比较好。 　　（5）汽缸套为铸铁材料，在使用煤油作为切削液时，应注意精铰后的内孔收缩量，一般最大收缩量应控制在0．02～0．04mm。 　　使用镶片套式精铰刀加工的汽缸套内孔质量有较大提高，生产效率比镗孔加工提高4倍。在一般情况下，只需将T716金刚镗床的传动部分和镗刀杆略加改造，即可使用这种新型铰刀，操作方便，效果明显。