解貝

（揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州225000）

機(jī)件加工中深孔的鉸削工藝及技術(shù)分析

解貝

（揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州225000）

本文首先對(duì)深孔鉸削技術(shù)及影響因素做了簡(jiǎn)單介紹，分析了其在機(jī)件加工中的重要意義，繼而以不銹鋼鉸削加工和深孔振動(dòng)鉸削兩種技術(shù)為主要內(nèi)容，分別做了分析。

深孔加工；鉸削工藝；不銹鋼鉸削加工；振動(dòng)鉸削

0 引言

機(jī)件加工是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，為保證加工質(zhì)量，提高加工精度，需采用合理可行的技術(shù)。作為孔精加工的重要手段，鉸削加工法應(yīng)用頗為廣泛，淺孔加工多采取推鉸方式，深孔加工則以拉鉸為主，尤其是后者，在機(jī)件生產(chǎn)中極為常見(jiàn)。表面粗糙、孔徑誤差等是實(shí)際鉸孔中常出現(xiàn)的問(wèn)題，大大降低了鉸削質(zhì)量，進(jìn)而影響到機(jī)件壽命，隨著難加工材料的使用增多，普通鉸削加工的缺陷愈發(fā)明顯，如效率低下、斷屑困難、鱗刺難以消除等，難以滿(mǎn)足當(dāng)前新的要求，為此，本文提出了兩種新的鉸削系統(tǒng)。

1 深孔鉸削技術(shù)在機(jī)件加工中的應(yīng)用

鉸削屬于切削加工的一種，在鉆孔、鏜孔之后，通常會(huì)借助鉸刀將孔壁的薄層金屬切除，減少粗糙度，提高孔徑的精確性，以獲得想要的形狀。鉸刀刃長(zhǎng)齒多，刃齒同時(shí)工作，前端主要負(fù)責(zé)切削，后端起防震校準(zhǔn)作用。在機(jī)件制造加工時(shí)，零件孔加工以磨、鉆、鉸、拉、鏜、擴(kuò)為主，在尺寸較小的孔精加工中，鉸孔起著重要作用，屬于二次精加工，在批量零件生產(chǎn)中很是適用，可用于鑄鐵、鋼、非鐵金屬諸多材料，具體又可分為：①精鉸。加工精度可達(dá)IT8—6,可將粗糙度控制在Ra1.2—0.08μm，切削深度為0.06—0.3mm；②粗鉸。加工精度可達(dá)IT10—9，可將粗糙度控制在Ra10—1.2μm，切削深度為0.3—0.8mm。加上其生產(chǎn)效率較高，因此越來(lái)越受重視。

影響鉸孔質(zhì)量的因素主要有兩個(gè)：①鉸刀。其質(zhì)量及表明精度直接影響著鉸孔質(zhì)量，所以在深孔鉸削過(guò)程中，首先要合理選擇鉸刀的幾何參數(shù)，包括其直徑、齒數(shù)、刃帶寬、前后角等；②鉸削用量。直接關(guān)系著摩擦切削力，進(jìn)而影響到加工精度，在鉸削時(shí)，首先，鉸削余量要適中，過(guò)多或過(guò)少都對(duì)鉸孔質(zhì)量不利；其次，要注意切削速度，根據(jù)實(shí)際要求加以調(diào)整；此外，還有進(jìn)給量，要綜合前兩者及其他要求確定。

2 不銹鋼鉸削加工

在普通鋼內(nèi)適量摻加Ni、Cr等金屬元素，即可制成不銹鋼，能夠改變?cè)摰奈锘再|(zhì)，使其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，抗腐蝕性有所提升，在450℃以上的高溫，或在酸等腐蝕性介質(zhì)中，不銹鋼亦能保持高強(qiáng)度，多用于航空航天、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。但在鉸削加工中，由于摻加金屬元素的緣故，易發(fā)生塑性變形，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱，而其自身導(dǎo)熱系數(shù)較低，不易散熱，以至于常出現(xiàn)鉸刀磨損、切屑粘附鉸刀的情況。

2.1 特點(diǎn)

①溫度較高

不銹鋼鉸削加工中，刀具與孔壁摩擦較大，易產(chǎn)生大量的熱，而不銹鋼自身的導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅為45號(hào)鋼的1/4，導(dǎo)致切削區(qū)有大量熱聚集，難以散發(fā)。

②加工硬化嚴(yán)重

不銹鋼韌性強(qiáng)、塑性大，易發(fā)生變形，而奧氏體穩(wěn)定性低，遇到切削應(yīng)力，易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同時(shí)，切削中產(chǎn)生的化合物遇熱分解，極有可能形成硬化層。以?shī)W氏體不銹鋼為例，其硬化后的強(qiáng)度σb約為1480—1950MPa，強(qiáng)度越大，屈服極限值σs越高，在退火狀態(tài)下，σs常在σb的40%以?xún)?nèi)，而硬化后可高達(dá)95%。

③切屑粘結(jié)，刀具磨損

在鉸削過(guò)程中，刀具具有粘結(jié)性，易粘結(jié)切屑，最終形成屑溜，加上較強(qiáng)的親和性，易使刀具磨損。另外，不銹鋼中的碳化物與刀具摩擦，也會(huì)加速刀具的磨損。

④線膨脹系數(shù)大

就線膨脹系數(shù)而言，與碳素鋼相比，不銹鋼要高出很多，因鉸削中會(huì)產(chǎn)生大量熱，溫度較高，易引起工件的變形，在控制尺寸精度時(shí)有一定的難度。

2.2 改進(jìn)

某汽車(chē)零件生產(chǎn)公司，在不銹鋼鉸孔中常遇到鉸刀磨損嚴(yán)重、鉸孔精確度低等缺陷，為此，該公司對(duì)不銹鋼鉸削工藝進(jìn)行了完善。

①刀具材料的選擇

硬質(zhì)合金及高速鋼是當(dāng)下常用的兩種材料，對(duì)前者而言，多使用耐磨性、導(dǎo)熱性較好的YG類(lèi)硬質(zhì)合金，如YG8N、YW2等；對(duì)后者而言，普通高速鋼壽命較短，多使用含Al等元素的高性能高速鋼，如W6Mo5Cr4V2Al等。

②刀具幾何參數(shù)的確定

選擇刃帶寬度較小的，在0.1—0.2mm之間，可延長(zhǎng)鉸刀使用壽命，使其導(dǎo)向、修光作用得到充分發(fā)揮；多采用大前角，可有效避免切屑發(fā)生變形；刃傾角在10°—14°之間，可避免劃傷孔壁，方便切屑排出；

③鉸削用量

采用高速鋼時(shí)，切削速度控制在2.5mm/min；硬質(zhì)合金則盡量控制在10.5mm/min，該公司使用的是1Cr18Ni9Ti材料；進(jìn)給量控制在0.1—0.3mm/r內(nèi)；切削深度為0.15mm。

④鉸削過(guò)程的控制

為保證鉸削的均勻性，對(duì)刀齒的跳動(dòng)量加以嚴(yán)格控制；同時(shí)仔細(xì)觀察切屑形狀，若呈條狀，意味著鉸削余量過(guò)大；呈塊狀，意味著不均勻；呈卷狀，說(shuō)明鉸削余量較小。此外，還做好了切屑堵塞的預(yù)防工作。

⑤切削液和冷卻方式

切屑容易粘附不銹鋼，為解決此問(wèn)題，該公司使用硫化油作為切削液，為使表面粗糙度進(jìn)一步降低，可在其中適量摻加CCl4或煤油，因前者對(duì)人體有害，選用后者。同時(shí)，采用內(nèi)冷卻方式進(jìn)行冷卻。

⑥工件的熱處理

為使工件的硬度符合要求，應(yīng)加以適當(dāng)?shù)臒崽幚?，若是馬氏體不銹鋼，可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，將其硬度控制在30—34HRC間為最佳；若是奧氏體不銹鋼，可在高溫下退火，以提高切屑的脆性。

3 深孔振動(dòng)鉸削工藝

該工藝是對(duì)普通鉸削的改進(jìn)，即在鉸刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，施以軸向振動(dòng)，使得鉸削效果大為改變，相比之下，該工藝切削力較小，大幅降低了表面粗糙度，而且斷屑較為容易，可提高加工精度、延長(zhǎng)鉸刀使用壽命，在難加工材料的鉸削中發(fā)揮著重要作用。

3.1 介紹

某機(jī)械零件廠建于2003年，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，為提高效率，該廠在2011年開(kāi)發(fā)了一種新的深孔低頻振動(dòng)鉸削系統(tǒng)，包括3部分：①控制系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)設(shè)置參數(shù)，以及分析計(jì)算的工作，具有保存功能；②深孔鉆鏜床。主要提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；③驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，安置在鉆鏜床進(jìn)給箱的主軸上，主要負(fù)責(zé)振幅、頻率等輸出。

該系統(tǒng)的振幅和頻率在0—100Hz可做大幅調(diào)整，輸出的穩(wěn)定性高，受負(fù)載影響較小；同時(shí)，單位功率較大。

3.2 原理

深孔低頻振動(dòng)鉸削工藝的原理為：鉆鏜床進(jìn)給箱主軸上安裝有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在工作時(shí)輸出振幅和頻率可控的周期振動(dòng)，同時(shí)工作夾緊在主軸上，在鉆鏜床的作用下，鉸刀開(kāi)始做軸向進(jìn)給及軸向振動(dòng)。刀桿尾端設(shè)置有輸油管，供切削液流動(dòng)，將高壓硫化油灌入刀桿內(nèi)部，然后從出油孔排出，流入切削區(qū)，主要起冷卻潤(rùn)滑的作用，方便切屑的順利排出。

3.3 工藝

在使用該技術(shù)之前，該廠進(jìn)行了嚴(yán)格試驗(yàn)，選擇Φ30.05mm的雙刃硬質(zhì)合金浮動(dòng)拉鉸刀；機(jī)件材料為高強(qiáng)度炮鋼P(yáng)CrNi3MoA；孔深3200mm，直徑為29.65mm；切削參數(shù)設(shè)置如下：進(jìn)給速度為13.5mm/ min，轉(zhuǎn)速為315r/min，振幅和頻率依次為0.15mm、37.5Hz。切削液選擇的是高壓硫化油。主要對(duì)普通鉸削和振動(dòng)鉸削加以對(duì)比。

從對(duì)比結(jié)果可看出，振動(dòng)鉸削加工的表明粗糙度明顯較低，且變化較小，相比之下，普通鉸削的變化大，粗糙度也大。同時(shí)，使用振動(dòng)鉸削，有效解決了以往形成積屑瘤的難題，孔壁上的網(wǎng)紋呈規(guī)則狀，表面產(chǎn)生的鱗刺和犁溝也得以清除，提高了加工的均勻性，而普通鉸削后的孔壁表面的劃痕、刀印十分明顯，且鱗刺、犁溝現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，從切屑形狀來(lái)看，因振動(dòng)鉸削工藝可做到完全斷屑，使切削刃和切削區(qū)周期性分離，切屑較細(xì)，呈針狀，而普通鉸削工藝在斷屑時(shí)有困難，產(chǎn)生的切屑呈螺旋狀，且大都連在一起，極易造成堵塞，一旦纏于刀體，易引起刀體的變形。

4 結(jié)束語(yǔ)

鉸削工藝在機(jī)件生產(chǎn)加工中發(fā)揮著重要作用，尤其是當(dāng)前難加工材料的應(yīng)用越來(lái)越多，為適應(yīng)新的要求，需對(duì)此技術(shù)不斷改進(jìn)，在材料選擇、參數(shù)設(shè)置等方面進(jìn)行認(rèn)真考慮，進(jìn)而提高高精度孔的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

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指導(dǎo)教師：周建華。

劉帥](méi)