箱體鉸孔加工孔表面粗糙度問題的解析及措施

胡建成

（天水星火機(jī)械制造有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

1 工藝分析和加工方法

1.1 工藝分析

溜板箱體是普通車床三箱之一，其材質(zhì)為HT200，屬于脆性材料一類，切削性能好，價(jià)格低廉，有較好的吸振性等優(yōu)點(diǎn)。但箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔系繁多，孔徑大小不一，孔深尺度大，壁薄而不均勻、不連續(xù)，而且各孔的表面粗糙度精度要求高，均在Ra1.6μm以上。根據(jù)箱體圖紙上不同的孔表面質(zhì)量的要求，選擇相應(yīng)合理的加工方法，是獲取降低鉸孔表面粗糙度值的有效措施。

1.2 合理選擇鉸削工藝加工方法

（1）單排單孔的鉸孔加工

對于此類孔，由于前序已經(jīng)在組合機(jī)床上粗鏜、半精鏜完序，孔的相互位置尺寸已經(jīng)確定，根據(jù)車間實(shí)際工藝裝備情況，選擇固定鉸孔的方法較為適用。因?yàn)榱锇逑潴w生產(chǎn)批量較大，屬于重復(fù)長期批量生產(chǎn)的類型，因此，選用硬質(zhì)合金鉸刀為宜。這是因?yàn)?，鉸削鑄鐵件時(shí)，切屑成不規(guī)則的碎粒狀，很少形成積屑溜。高速鋼的鉸削速度為2-6m/min，而采用硬質(zhì)合金鉸刀，鉸削速度可以提高到8-10m/min。故選擇整體式硬質(zhì)合金鉸刀，固定鉸削為宜。

（2）雙排雙孔相同孔徑的鉸削加工

對于上、下兩孔直徑一樣大，兩孔徑均為φ32H7，見鉸孔加工示意圖A-I軸線圖所示。且在同一軸心線上的兩孔。因兩孔之間的距離只有137mm，兩壁厚均為26mm，由于兩孔壁薄，兩孔的間距小，可選擇后導(dǎo)向式整體硬質(zhì)合金復(fù)合鉸刀。即一把鉸刀，鉸兩孔，先鉸上孔，完工后，由上孔鉸刀桿上的固定導(dǎo)向起支承導(dǎo)向作用，再鉸下孔的加工方法更為適宜。

（3）雙排雙孔不同孔徑的鉸削加工

鉸孔示意圖A-Ⅱ、A-Ⅲ軸線是兩組四孔，分別在兩條軸線的四孔。Ⅱ軸線上孔徑為φ62J7，下孔徑為φ38J7；Ⅲ軸線上孔徑為φ80J7，下孔徑為φ72J7。雖然兩組孔徑不一樣大，但在兩條軸心線上，兩孔壁薄孔距短。因?yàn)閮山M四孔，孔徑稍有偏大，用整體復(fù)合鉸刀，明顯笨重，不經(jīng)濟(jì)。若在滿足鉸刀桿強(qiáng)度、剛度可靠穩(wěn)定性的前提下，且滿足鉸孔精度要求，可合理選擇套式復(fù)合硬質(zhì)合金鉸刀加工方法，既可減少鉸刀的重量，減輕操作工的勞動強(qiáng)度，又可節(jié)省材料，便于加工制做、拆卸，更換方便，鉸刀桿還可重復(fù)使用。鉸削加工時(shí)，大孔鉸刀是先鉸削5-10mm后，小孔開始鉸削，大小孔同時(shí)鉸削加工。大孔鉸刀起支承導(dǎo)向作用，可防止下孔鉸刀搖擺跳動，利用提高兩孔的同軸度精度。同時(shí)，也提高了兩孔的鉸孔加工尺寸精度，降低了兩孔表面粗糙度的值。

（4）雙排雙孔孔徑接近的鉸削加工

見鉸孔加工示意圖A-Ⅳ軸中心線所示。上端孔徑為φ32H7，下端孔徑為φ28H7；兩孔孔徑尺寸相近，且在同一條中心線上。選擇整體式硬質(zhì)合金復(fù)合鉸刀。因?yàn)殂q刀心部直徑大，刀具的剛性好。鉸削過程，與Ⅱ、Ⅲ軸線套式硬質(zhì)合金復(fù)合鉸刀一樣。

（5）三排一組三孔不同孔徑的鉸削加工鉸孔示意圖A-Ⅴ軸線圖所示，是三排一組三孔，孔徑大小不一，且在一條軸心線上的孔。上端一排孔徑為φ32H7，中間二排孔徑為φ28H7，下端三排孔徑為φ25H7，三孔孔徑很接近。由于三孔孔徑較小，仍然選擇整體硬質(zhì)合金復(fù)合鉸刀為宜。鉸削過程中：φ32H7孔鉸刀先鉸5-10mm后，φ28H7和φ25H7孔鉸刀開始鉸削加工。此時(shí)，三孔同時(shí)鉸削加工，可提高加工效率。φ32H7孔鉸刀，起先導(dǎo)向作用。由于中間二排孔箱體壁較厚，鉸刀設(shè)計(jì)不宜過長，有利于排屑和減少屑末與箱體孔表面的摩擦發(fā)熱。影響二排孔表面粗糙度值的增大。

2 影響孔表面粗糙度值的主要因素

工件的表面形成，主要是有工件與刀具的相對運(yùn)動所產(chǎn)生。刀具即刀刃，刀刃的刃部尺寸，由幾何參數(shù)所決定，合理選擇刀具的幾何參數(shù)是解決刀具的根本問題。運(yùn)動指的是切削三要素，合理選擇切削三要素是解決運(yùn)動問題的關(guān)鍵。鉸削時(shí)，由于工件與刀具、屑末與工件和刀具刃部擠壓、摩擦發(fā)熱變形，輸入切削液可減小工件表面的變形和摩擦。因此，刀具的幾何參數(shù)、切削三要素、合理選擇鉸削液，是影響箱體孔表面粗糙度值的主要因素。

2.1 鉸刀的幾何參數(shù)

（1）直徑

可根據(jù)被加工孔的孔徑尺寸、公差來決定。

（2）齒數(shù)

一般鉸刀齒數(shù)越多，鉸孔的精度就越高，孔表面的粗糙度值就越低。同時(shí)分布在每個(gè)切削刃上的負(fù)荷也就越小，有利于減小鉸刀磨損。但齒數(shù)增多后卻降低了刀齒強(qiáng)度，減小了容屑槽，切削時(shí)屑末不易排出。鉸刀的齒數(shù)一般選用偶數(shù)。

（3）切削錐角

根據(jù)不同的加工材料和鉸刀類型來確定。（4）前角

由于鉸屑余量小，前角可以為零。

（5）后角

增大后角，可提高鉸刀的鋒利程度，卻降低了刀齒的強(qiáng)度。由于鑄鐵有大量的碳化物，硬度高、擦傷力大，且產(chǎn)生崩碎切末，切削力應(yīng)和鉸削熱都集中在刀尖附近，故刀具磨損快，耐用度低。因此，后角應(yīng)根據(jù)鉸削實(shí)際情況選擇確定。

（6）刃帶寬度

它的作用是引導(dǎo)鉸刀方向，光整孔表面，測量鉸刀直徑之用。鉸刀的齒數(shù)越多，刃帶的積累寬度也越多，有利于降低孔表面粗糙度值。但刃帶積累值過大時(shí)，會增加摩擦力矩和切削熱。故需合理選擇確定。

2.2 合理選擇鉸削三要素

箱體各孔加工余量，已經(jīng)過上序組合機(jī)床粗、半精鏜加工，鉸前余量只留了0.15-0.25mm之間，符合鉸削條件。因?yàn)橛嗔苛舻倪^小時(shí)，鉸削不易校正上道工序殘留的變形和去掉表面殘留的缺陷；余量過大，會增加鉸削時(shí)切削熱，反而使孔表面粗糙度值升高。切削速度V，因該鉸刀的材料已確定為硬質(zhì)合金，可根據(jù)不同孔徑的大小，選用V=8-10m/min即可。同樣進(jìn)給量也可根據(jù)不同孔徑的大小，選擇0.8-2.2mm/r。切速度、鉸削余量、進(jìn)給量相互影響，要合理選擇，可提高孔徑尺寸的加工精度，降低孔表面粗糙度的值。

2.3 鉸削液的選擇

在鉸削過程中，由于產(chǎn)生崩碎的屑沫與工件材料變形摩擦產(chǎn)生鉸削熱，都集中在刀尖附近，加快鉸刀磨損。為利于鉸刀的冷卻和排屑，選用潤濕性和流動性好的煤油做鉸削液，可獲取工件表面較小的粗糙度值。

3 鉸削加工過程中的質(zhì)量保證措施

由于箱體類零件批量、重復(fù)生產(chǎn)，選用機(jī)動鉸孔的加工方法較為適宜。因?yàn)闄C(jī)動鉸孔效率高，鉸刀的回轉(zhuǎn)中心較穩(wěn)定，鉸削連續(xù)，進(jìn)刀均勻，有利于降低工件表面粗糙度值。但操作時(shí)，必須嚴(yán)格按照工藝規(guī)程鉸削，才能保證孔表面的加工質(zhì)量。

（1）選用Z3063搖臂鉆床鉸削

按國標(biāo)GB/T4017-1997搖臂鉆床精度檢驗(yàn)，檢測主軸錐孔中心線的徑向跳動，靠近主軸端面不大于0.025mm，在距主軸端面300mm處，應(yīng)不大于0.05mm處。

（2）安裝工件夾具時(shí)，要確保鉸孔中心線垂直于夾具工件平面，垂直度公差不大于0.2mm/1000mm，鉸刀中心線與工件預(yù)鉸孔中心線重合公差不大于0.02mm。

（3）安裝箱體工件時(shí)，夾具和工件定位基準(zhǔn)面，要清除干凈。壓板壓緊工件時(shí)，夾緊力不易過大，合適為宜。因?yàn)殂q削軸向力和箱體的自重與夾緊力方向重合，以免鉸削完工后，箱體產(chǎn)生微量彈性變形。

（4）開始鉸削時(shí)，為了引進(jìn)鉸刀鉸進(jìn)，可采用手動進(jìn)給。當(dāng)鉸進(jìn)2-3mm時(shí)，改用機(jī)動進(jìn)給，以獲取均勻的進(jìn)刀量。

（5）在鉸削過程中，要充分的輸入煤油，有利于排除屑沫和鉸刀刃部的冷卻。

（6）鉸刀在使用過程中，要注意保護(hù)兩端的中心孔，以備磨鉸刀刃時(shí)使用。不使用時(shí)，保養(yǎng)好后懸掛在吊具上。

（7）鉸孔完工，應(yīng)不停機(jī)退出鉸刀。同時(shí)，不允許鉸刀反轉(zhuǎn)，否則會在孔徑表面留下刀痕，從而增加孔表面粗糙度的值。

4 結(jié)束語

獲取正確的箱體孔表面質(zhì)量，以降低機(jī)械加工箱體孔表面粗糙度的值，是機(jī)械加工過程中必須考慮的問題。在箱體類零件的生產(chǎn)和實(shí)踐中，采取相應(yīng)的工藝措施，針對箱體表面粗糙度值，根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求，進(jìn)行工藝分析、研究探討，選擇比較經(jīng)濟(jì)、適用的加工方法，減少箱體類零件因表面質(zhì)量缺陷而引起的加工質(zhì)量問題，從而進(jìn)一步提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、可靠性和壽命。才是提高工件質(zhì)量和效率的有效途徑。

[1]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(第一卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊（第二卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3]陳日曜.金屬切削原理[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1993.

[4]何兆風(fēng).公差配合與技術(shù)測量（第二版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2001.

[5]吳道全,萬光明.金屬切削原理及刀具[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1993.