影響鉸孔質(zhì)量因素的探討

苗雅麗，姚亞平

（濟源職業(yè)技術(shù)學院，濟源 454650）

0 引言

鉸孔是利用鉸刀從已加工的孔壁切除薄層金屬，以獲得精確的孔徑和幾何形狀以及較低的表面粗糙度的切削加工。鉸孔一般在鉆孔、擴孔或鏜孔以后進行，用于加工精密的圓柱孔和錐孔，加工孔徑范圍一般為3～100毫米，可以獲得IT9～IT7級尺寸精度，表面粗糙度值可以控制在Ra1.6～0.8μm之間。由于鉸刀的切削刃長，鉸削時各刀齒同時參加切削，生產(chǎn)效率高，在孔的精加工中應用較廣。在實際加工中，常見的鉸孔質(zhì)量問題有表面粗糙度數(shù)值大和尺寸精度低等問題，現(xiàn)分析其影響因素和改進方法。

1 鉸刀直徑的偏差

鉸刀的精度等級分為H7、H8、H9三級，其公差由鉸刀專用公差確定，分別適用于鉸削H7、H8、H9公差等級的孔。新的標準圓柱鉸刀，一般都留有研磨量，待使用者按需要進行研磨，不經(jīng)研磨的鉸刀只可以鉸削標準公差等級為H9、H10、H11級的孔。精度高于8級的孔，就需要研磨鉸刀，研磨后鉸刀直徑偏差直接影響被加工孔的尺寸精度、鉸刀制造成本和使用壽命。不同鉸刀鉸削不同材料時會出現(xiàn)鉸孔擴張或收縮現(xiàn)象，如用高速鋼鉸刀鉸孔時，一般情況下（薄壁件除外）由于刀齒徑向跳動以及鉸削用量和切削液等因素會使孔徑大于鉸刀直徑，稱為鉸孔“擴張”； 用硬質(zhì)合金鉸刀鉸孔時，由于刀刃鈍圓半徑擠壓孔壁，則會使孔產(chǎn)生恢復而縮小，稱為鉸孔“收縮”[1]。故鉸刀研磨的尺寸需要考慮擴張量或收縮量。另外鉸刀磨鈍后，刃磨也會減小鉸刀的直徑；鉸刀的上下偏差則要考慮擴張量、收縮量，并留出必要的磨損公差。下圖所示為考慮擴張量、收縮量鉸刀直徑及其偏差。

根據(jù)下圖可以得出：若鉸孔發(fā)生擴張現(xiàn)象，則鉸刀的最大、最小極限尺寸分別為：domax=dwmax-Pmax domin=domax-G

若鉸孔發(fā)生收縮現(xiàn)象，則鉸刀的最大、最小極限尺寸分別為：

domax=dwmax+Pmin domin=domax-G

圖1 鉸刀直徑極限尺寸的確定

國家標準規(guī)定：鉸刀制造公差G＝0.35(Δ)。根據(jù)一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)，高速鋼鉸刀可取Pmax＝0.15(Δ)；硬質(zhì)合金鉸刀鉸孔后的收縮量往往因工件材料不同而不同，故常取Pmin＝0，或取 Pmin＝0.1(Δ)。Pmax及Pmin的可靠確定辦法是由實驗測定[1]。

另外根據(jù)實踐經(jīng)驗，鉸刀直徑偏差可以用下面估算法確定。

假設被加工零件孔的上偏差和下偏差分別為ES和EI，而鉸刀直徑的上偏差和下偏差分別為es和ei。

則：es=2/3(ES-EI)+EI ei=es-1/4(ES-EI)

新鉸刀或因磨損需要研磨的鉸刀，可以根據(jù)上述方法確定出合適的鉸刀直徑偏差；若孔的精度要求較高可以先試鉸，根據(jù)試鉸情況來修正計算出的公差帶，再刃磨鉸刀，投入使用。

2 鉸刀的幾何角度

2.1 前角

由于鉸削的余量較小，切削僅在刀尖處進行，與刀齒的前傾面很少接觸，故精加工時前角可以為零，但在粗鉸塑性韌性較大的材料時，為避免切屑粘滯在刀刃上，前角應取大一些γ0=5°～10°，為了改善鉸削表面粗糙度，可以減小前角甚至可以取負前角，但要注意避免切屑粘著現(xiàn)象。

2.2 后角

后角有校準刃后角αp和切削刃后角α0，由于鉸削時切屑厚度很薄，鉸刀磨損主要發(fā)生在后面，后角值應較大。但考慮到鉸削刃的堅固性和鉸刀重磨后徑向尺寸的變化不能過大，故后角也不可過大，一般硬質(zhì)合金鉸刀取α0=6°～10°，αp=10°～15°；一般精加工用的手工鉸刀后角α0=3°～5°。前角和后角確定下來后，鉸刀修光部分刃帶的寬度可以根據(jù)鉸孔直徑和后角大小，查下表確定[1]。

2.3 主偏角

偏角Kr的大小主要影響鉸孔的表面粗糙度、精度和軸向力，通常機用鉸鋼鉸刀的κr=12°～15°，機用鉸鑄鐵鋼鉸刀的κr=3°～5°，手用鉸刀的κr=30'～1°30'。

在實際鉸孔中需要根據(jù)具體情況合理選擇鉸刀的角度。如在鋁鑄材料鉸孔時，由于鉸削力小，鉸刀的強度可偏低，切削部分前后角均可取10°，不留刃帶；校準部分前角取5°。后角取8°，留0.2-0.4mm寬刃帶，以便寬刃帶對孔壁產(chǎn)生擠壓，提高表面質(zhì)量。鉸較小孔時，可以采用五邊形無刃鉸刀，鉸刀修光刃部分刃帶寬度f=0. 1mm，精鉸，內(nèi)孔表面粗糙度值可以達到Ra0.4以上[2]。

3 鉸刀的齒數(shù)

鉸刀的齒數(shù)影響鉸孔精度、表面粗糙度、容屑空間和刀齒強度。其值一般按鉸刀直徑和工件材料確定。鉸刀直徑較大時，可取較多齒數(shù)；加工韌性材料時，齒數(shù)應取少些；根據(jù)經(jīng)驗可以用公式來確定鉸刀的齒數(shù)，其中D為鉸刀的直徑。加工脆性材料時，齒數(shù)可取多些；也可根據(jù)經(jīng)驗可以用公式來確定鉸刀的齒數(shù)。為了便于測量鉸刀直徑，齒數(shù)應取偶數(shù)。在常用直徑do=8～40mm范圍內(nèi)，一般取齒數(shù)z＝4～8個。

4 鉸削用量

鉸削用量包括鉸削余量、機鉸時的切削速度和進給量。鉸削用量選擇得是否正確，對鉸孔的精度、表面粗糙度、鉸刀壽命、生產(chǎn)效率都有直接影響。

4.1 鉸削余量

鉸削余量不宜太小或太大，太小時不能把上道工序遺留下的加工痕跡全部切除，影響鉸削的表面粗糙度；鉸削余量太大時，會破壞鉸削過程中的穩(wěn)定性，影響鉸孔的質(zhì)量。一般粗鉸時單邊鉸削余量為0.2～0.6mm，精鉸時單邊鉸削余量為0.05～0.2mm，余量不能大于0.3mm，否則表面粗糙度很差。故余量過大時可采取粗鉸和精鉸分開，以保證技術(shù)要求。

4.2 機鉸時的切削速度和進給量

實踐表明鉸孔表面的粗糙度Ra值幾乎和切削速度成正比，所以一般取低速鉸削。進給量不能太小或太大，如選擇太大，鉸刀磨損快，容易產(chǎn)生積屑瘤而影響鉸削質(zhì)量；如選擇太小會導致徑向摩擦力的增大，引起鉸刀顫動，使孔的表面變粗糙。當用硬質(zhì)合金鉸刀加工直徑小于100mm鑄鐵時，通常取切削速度為8～15m/min，進給量在0.5～3mm/r左右；使用普通的高速鋼鉸刀鉸鑄鐵孔，切削速度不應超過10m/min，進給量在0.8mm/r左右；當用硬質(zhì)合金鉸刀加工直徑小于100mm鋼孔時，通常取切削速度為8～15m/min，進給量在0.3～2mm/r左右；使用普通的高速鋼鉸刀鉸鋼孔時，切削速度不應超過8m/min，進給量在0.4mm/r左右。鉸刀直徑越大，刀具強度和剛性越好，進給量可取較大。具體機鉸時的切削速度和進給量應根據(jù)工件材料、鉸刀材料、被鉸孔的直接查表確定合適值。

5 切削液的使用

不同的金屬材料其力學性能和工藝性能存在一定的差異性，鉸孔時須根據(jù)加工對象的不同性能特點，選擇使用合適的切削液。鉸削中碳鋼和合金鋼時，鉸孔低速或要求較低時，宜選濃度大的乳化液；鉸孔中速或要求較高時，宜選用乳化液與菜油的混合液，增加潤滑性。鉸孔要求更高時，可以選用菜油、柴油或豬油。鉸削鑄鐵孔時，不加切削液，潤滑效果也不明顯，如能一孔重復鉸削兩遍，可減小工件的表面粗糙度值，使工件表面粗糙度值減小到Ra1.6mm左右。鉸削黃銅時，由于黃銅由銅和鋅元素組成，工業(yè)中一般采用的黃銅含鋅量不超過45%，故其特點是塑性好、強度高以及切削加工性好，加工時一般用粘度較大的菜油。鉸削鑄造鋁合金時，由于此類合金的塑性差、強度低且脆性大，加工時表面粗糙度值大，鉸削時加煤油或30%煤油與70%菜油的混合油能減小工件的表面粗糙度值[4]。

6 底孔的精度

底孔的精度過低，就不容易較高的鉸孔精度。如底孔軸線偏斜，通過鉸孔難以校正，底孔表面粗糙，加工痕跡較深，鉸孔也難以清除，以致影響孔的表面粗糙度。所以精度要求較高的孔，應該通過粗鉸減小底孔的誤差和粗糙度來保證鉸孔質(zhì)量。

此外在鉸削工作前應注意鉸刀的性能和缺陷，用于鉸削工作的鉸刀的不得有裂紋、銹跡、燒傷及崩刃等現(xiàn)象。在實際鉸削操作中應根據(jù)廠商所提供的參數(shù)范圍進行鉸削?？梢韵仍囥q，根據(jù)試鉸情況來修正計算出的公差帶金屬加工網(wǎng)版權(quán)所有，再刃磨鉸刀，投入使用。

鉸孔質(zhì)量影響因素是很多的，在實際生產(chǎn)中應充分考慮各因素對鉸孔質(zhì)量的影響，選擇最佳參數(shù)以確保鉸孔質(zhì)量。

[1] 錢昌明.王慶東.鉗工工作禁忌實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:89-102.

[2] 曲貴龍.降低手工鉸孔表面粗糙度的方法[J].機械制造,2003,7.

[3] 盧建湘.鉸刀直徑尺寸的確定[J].煤礦機械,2007,8.

[4] 顏銀花.鉸孔時如何正確選用切削液[J].機械工人(冷加工),2007,5.