箱体内孔加工中两种方法介绍

魔神

    

箱体（WS120型蜗杆减速器）的内孔加工中，由于此孔的孔径和精度要求较高，通常用的加工手段有两种方法:方法一，先用钻头钻出孔（粗加工）后，留出精加工余量，再由技术水平较高的工人师傅直接镗出内孔达到精度要求：方法二，完成工序：钻孔→扩孔→粗铰（留0.1～0.2mm铰削余量）→精铰，来保证孔的质量。

两种方法的优劣势各有不同。方法一中，其操作过程简单，加工出的孔直线度较好，刀具消耗低，但是对镗孔工序的工人技能要求较高，而且较容易产生废品（尺寸超差的几率较大），工作效率也低。而用方法二加工出来的孔径取决于铰刀的精度，尺寸相对稳定，对操作工人的技能水平要求也相对不是很高，但是加工出来的孔的表面粗糙度低、直线度较差，铰刀的消耗也很大，效率非常低（换刀次数多而增加了辅助时间），只适宜单件生产，不适合批量生产。因此综合两种加工方法的优点，最好的选择是既保证零件的加工精度，工人技能要求也不需很高，且又能降低生产成本，提高效率。于是，经过一番的努力，通过查找资料、借鉴工艺、设计出一款将钻孔、镗孔、铰孔融为一体的专用复合刀具。

 

刀具设计的构思

孔加工复合刀具是将两把或两把以上同类或不同类的孔加工刀具组合成一体专用刀具，它能在一次加工过程中完成钻、扩孔、铰孔、锪孔和镗孔等多种工序，这种刀具有以下特点：可减少工件的安装次数或夹具的位次数。以减少和降低定位误差；可同时或顺序加工几个表面，减机动和辅助时间，提高生产率；可保证加工表面间的相互位置精，加工质量高；降低对机床的复杂性要求，减少床台数，节约费用，降低制造成本。

复合孔刀具既要具有高可靠性和高寿命，又要满足生产节拍要求。因此，应用新技术、新材料来对老式的复合刀具进行创新，刀具材料的合理选择对刀具的寿命、刀具消耗、加工成本、加工精度和工质量等起决定性的作用。对复合加工具实施不同材料的组合：高性能高速钢硬质合金组合、通用高速钢与钛基硬质金组合、高性能高速钢与CBN刀片组、硬质合金与PCD刀片组合、硬质合金陶瓷刀片的组合，可使复合加工刀具在同转速状态下，实现钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、镗孔等不同工艺对可靠性的要求。针对不同的加工材料和加工工艺，选用合适的刀具材料，既可提高工件表面质量和加工精度，又可提高切削加工生产率。

 

刀体结构原理设计

复合加工刀具将同类和不同类的两种或多种不同刀具组合为一体，实现一次加工成型。对复合加工刀具而言，在不同的切削状态下既要求良好的排屑性能，又要保证加工工件精度，刀具要有最佳的空间截面形状组合。如果按常规去手画、手算，较繁琐且劳动量大，有的参数还需要试生产来确定。而采用C A D辅助设计技术二次开发，建立三维模型，进行模拟加工，随时抽取刀具截面参数，以获得最佳设计方案，从而可解决复合加工刀具在钻孔、扩孔、锪孔、镗孔的不同切削状态下，刀具排屑以及不同型式结构间的干涉问题。

根据钻头加工内孔钻削效率高的特点，刀头部分用一块E225型合金刀片镶嵌（铜焊）在刀杆一端而成为钻头部分，完成粗加工（钻孔）工序。但是加工出的孔表面粗糙度和孔径直线度都较差，尺寸精度不高。将具有修正孔径直线度、稳定孔径尺寸的镗刀部分，放在合金钻头后，将钻削出的孔进行镗削加工（由于镗削余量较大，分单刀三级镗削）。利用镗孔的优点来保证加工出的孔径直线度和稳定孔径尺寸，完成半精加工工序（包括粗镗、半精镗），为铰孔工序做好准备工作（提高表面粗糙度和使铰削余量均匀合理）。铰孔的铰刀部分放在复合刀具体切削部分的最后来完成精加工，保证孔的精度（孔的形位精度和表面粗糙度）、刀具体夹持部分制成莫氏3号锥柄。为了容易排屑和刀具不同时参与切削（减轻切削力），每一刀具的切削部分的起始点在轴向间隔大于或等于25mm（大于孔深），其中钻与第一级镗之间大于25mm（因钻孔的铁屑多），同时也增大了容屑空间，使排屑顺畅，避免前后刀面切下的切屑互相干扰和阻塞，致使刀具崩刃及影响孔的质量。

 

钻、镗、铰孔切削部分合金刀片材料的选择

根据加工材料（灰口铸铁）的性质、生产特点（批量）、切削特点来选择合适的刀具材料（钻、镗、铰削的机床转速、进给量相同时）。

钻削（刀头）刀具部分 由于是粗加工，切削深度较大，刀具承受的切削力较大，切削速度不是很高（照顾铰孔部分的特点）。同时材料的组织不均匀（有砂眼、气穴的可能），再加上合金刀片的刃口在切削加工铸铁行程中欠锋利，挤刮现象较严重，所以选用强度较高，抗冲击性和抗震性能及耐磨性均较好的钨钴类硬质合金（材料牌号为YG8）。

镗孔刀具部分 由于孔径比钻孔尺寸略大，根据V=（πDn）/1000，刀刃处切削速度会高于钻孔刀具部分，切削深度比钻孔的切削深度较小，切削过程相对稳定些。为了提高刀具的耐用度，选用硬度、耐磨性及耐热性均较好，且不用重磨切削角度的可转位钨钴类硬质合金机夹刀片（材料牌号为YG6，型号为31005V）。

铰孔刀具部分 由于是稳定尺寸部分，刀刃处的切削速度相对钻削和镗削时均更高，切削深度（铰孔余量）较小，所以要求耐磨性和耐热性也要相对钻削和镗削时更高，才能提高刀具的耐用度，从而保证尺寸精度，因而选择钨钴类硬质合金（材料牌号为YG3）。

 

刀具切削部分参数设定

刀具切削部分的切削角度和刃宽参数对刀具的使用寿命（耐用度）和加工的难易程度及加工的精度均起着至关重要的作用，也直接影响到加工成本、加工效率，所以刀具每部分的切削参数应合理选择。钻削部分:刀片厚度为4.5mm，保证钻头的钻心强度，锋角取116°比标准麻花钻锋角小，目的是减小主偏角，从而减少轴向抗力和振动。内刃斜角约15°，内刃前角取-15°，横刃长度留2.5mm来提高钻孔的稳定性，同时提高刀具的耐磨性，前角γ取6°，后角α取18°，目的是为了容纳切屑的空间较大，以防崩刃。同样也是为了增大容纳切屑的空间，减少钻头与孔壁的摩擦，而同时又要保证副切削刃的强度，所以取副后角为8°和副切削刃带宽为0.25～0.3mm。镗削刀具部分:采用型号为31005V的YG6不重磨刀片。铰削刀具部分:引导前锥角取45°轴向长3mm，便于切入已有孔。另外为提高铰削的稳定性，切削锥角（2倍的主偏角）取3°～5°，轴向长3mm。为提高刀具的耐用度和表面粗糙度及尺寸精度，引导部分与切削部分采用R1过渡，切削部分与校准部分采用R0.5过渡；因铰削余量很小，切屑很薄，切屑与前刀面接触很短，前角作用不大，为制造方便，前角取0°；引导部分和切削部分及校准部分的后角均取8°，引导部分和切削部分不留刃带，校准（修光）部分留0.3mm的刃带宽，以保证修光刃的强度又减少刃带与孔壁的摩擦，同时也便于铰刀制造和检验，刃倾角取-8°（相当于左向螺旋铰刀）。为使铰刀工作平稳，提高加工表面质量，切削时切屑顺利从铰刀前方排出（向下），可避免切屑划伤孔壁，并减少孔的扩张量。

 

刀具的制造

此复合刀具的精度直接影响到加工孔的质量（形位精度和表面粗糙度），要充分发挥此复合刀具的效能，就必须要保证刀具本身的精度。因而，必须对刀具本身拟定切实可行的加工工艺及刀体材料的选择。根据刀体要获得良好的综合机械性能，确保刀体尺寸稳定，大体上加工工艺为:粗车刀体→刀体进行调质处理→修磨两端中心孔→精车刀体→铣刀柄→磨刀体锥柄（为了使刀柄与机床主轴配合更好、更精确，最好配磨锥柄，采用涂抹红丹的检验方法保证锥柄与锥孔的接触面积不小于80%以上的面积）→铣镶嵌硬质合金刀片的槽位→手工铆定合金刀片→铜焊铰刀部分的硬质合金刀片→修磨硬质合金刀具的切削角（在工具磨床上根据切削角度刃磨）→研磨刀具→铜焊钻头部分硬质合金刀片→修磨钻头部分硬质合金刀片的切削角度。