鉸刀在機械加工中的應用

吳國順

(武漢元豐汽車零部件有限公司,湖北武漢 430205)

鉸刀在機械加工中的應用

吳國順

(武漢元豐汽車零部件有限公司,湖北武漢 430205)

在機械加工中,鉸孔是用鉸刀從工件切除微量金屬層,以提高孔的尺寸精度和表面質量的加工方法,是普遍應用的孔的精加工方法之一。在使用過程中,鉸刀材質、尺寸公差、加工參數等因素的選擇在很大程度上會影響孔的加工質量。本文主要介紹鉸刀的基本技術條件和失效模式及解決措施。

鉸刀 齒數 公差 孔徑 切削速度 主偏角 積削瘤

1 鉸刀的應用范圍、分類及優缺點

1.1 鉸刀是用于小切深時以導向為基礎的孔加工刀具,主要應用于

(1)直徑公差≤IT8的孔;(2)表面粗糙度有要求(通常≤Rz12);(3)有圓度公差要求的孔;(4)對于圓柱度有要求的孔;(5)階梯孔(同一軸線上直徑不同);(6)系列孔(同一軸線上直徑)有高的同軸度的要求。

1.2 鉸刀類型

主要分：多刃鉸刀和帶導向條的鉸刀。多刃鉸刀各切削刃的軸向和徑向位置相同，刀具直徑不可調，刀具可以重磨。帶導向條鉸刀直徑可調整，最少兩個導向條。在機械應用中考慮加工成本更多的使用多刃鉸刀。

1.3 多刃鉸刀的優點

(1)高的切削速度;(2)簡單而可靠的設計;(3)易于操作;(4)可以重磨(只對于無涂層的而言);(5)安裝使用的錯誤一般不會導致刀具徹底損壞。

1.4 多刃鉸刀的缺點

(1)加工孔的質量稍微差些;(2)階梯孔的加工會有限制;(3)不能加工系列孔和高同軸度要求的孔。

2 鉸刀的選擇及使用技術條件

鉸刀的齒數較多，導向性能好，心部的直徑大，刀具的剛性好，加工余量小，可以獲得IT9-IT7級直徑尺寸精度，內孔表面粗糙度可控制在Ra1.6～0.8mm之間甚至更好。

2.1 鉸刀的選擇

基本原則：通常直徑大于12的為焊接式，小于12的為整體硬質合金;通常刀齒數目是偶數(均勻)分布的，但排屑槽分布是不均勻的;根據應用決定槽型，盲孔為直槽，通孔可以為左螺旋槽式。 公差的確定：除非特別指定外，鉸刀按公差m6制造。實際中，鉸刀鉸出的孔的實際尺寸取決于很多因素，包括：(1)被加工材料的種類和加工余量;(2)鉸刀的切削角度;(3)鉸刀使用時的條件;(4)裝夾和操作方法;(5)潤滑情況。

若給出了孔的公差，要確定加工孔的鉸刀特殊公差時應考慮上述因素，可依據被加工孔來確定鉸刀公差上下極限的方法，當孔的公差為IT時：鉸刀直徑的上限尺寸等于孔的最大直徑減0.15IT。0.15IT的值應圓整到0.001mm;鉸刀直徑的下限尺寸等于鉸刀的最大直徑減0.35IT。0.35IT的值應圓整到0.001mm。

2.2 鉸刀使用的技術條件

鉸刀材料：刀柄采用40Cr或同等性能的合金鋼，刀具材料主要分：高速鋼(適合鋼件)、硬質合金(適合鋼件、鑄件)、金剛石PCD(鋁合金)、CBN(難加工材料)。

鉸刀的位置公差：切削部分0.015mm;校準部分0.01mm;柄部0.015mm(對公共軸線的徑向跳動)。鉸刀柄部硬度：30HRC—45HRC。鉸刀的裝夾：高精度的跳動，刀具跳動小于0.01mm，穩定性要高，適合采用高精度彈簧套、液壓刀柄、熱漲套刀柄、補償刀柄等工具裝夾。

鉸刀加工參數(推薦)：鋼件、鑄件：VC=50-100m/min，f=0.2-0.8(隨直徑增加)鋁合金：VC=200-1000m/min，f=0.2-1.0(隨直徑增加)

3 鉸孔失效模式分析及應對措施

影響鉸刀鉸孔質量的主要因素：(1)鉸刀的幾何尺寸，包括鉸刀直徑、鉸刀齒數、切削錐角、鉸刀前角后角、刃帶寬度、倒錐量;(2)鉸削用量，包括鉸削余量、鉸刀的切削速度和進給量;(3)其他因素，如機床主軸精度、工件裝夾變形、切削液等。

鉸孔的幾種主要失效模式：

(1)孔徑增大產生原因及解決措施：1)鉸刀外徑尺寸偏大或鉸刀同軸度過大——檢測鉸刀外徑尺寸和刀具切削刃相對主軸同軸度;2)鉸刀主偏角過大——適當減小主偏角;3)切削速度過高、進給量不當或加工余量過大——降低切削速度，調整進給量或減少鉸削余量;4)鉸刀刃上粘附切削瘤——用油石去除切削瘤，鉸刀增加內冷孔，冷卻液選擇性能較好的切削液。

(2)孔徑變小產生原因及解決措施：1)鉸刀外徑尺寸設計值偏小——檢測鉸刀外徑尺寸;2)鉸刀主偏角過小——適當增大主偏角;3)切削速度過低、進給量不當或加工余量過小——適當提高切削速度，調整進給量或適當增加鉸削余量;4)鉸刀已磨損——更換鉸刀，設置刀具更換計劃;5)工件太薄，鉸完后內孔彈性恢復使孔孔縮小——設計鉸刀考慮工件狀況進行取值。

(3)內孔不圓產生原因及解決措施：1)鉸刀過長，剛性不足，鉸削時產生振動——采用不等分齒距的鉸刀或減短鉸刀長度;2)鉸孔余量偏——控制預加工工序孔位誤差;3)鉸刀主偏角過小——增大主偏角;4)鉸刀刃帶窄——選用合格鉸刀。

(4)孔表明粗糙度差產生原因及解決措施：1)切削速度過高——降低切削速度;2)切削液選擇不合適——根據加工材料選擇切削液;3)鉸孔余量大——適當減小鉸孔余量;4)鉸刀刃帶過寬——修磨刃帶寬度;5)鉸孔時排屑不良——減少鉸刀齒數，加大容屑空間或采用刃傾角鉸刀，使排屑順利;6)刃口有積屑瘤——采用油石修整或更換鉸刀。

在日常使用中出現加工質量問題是很難全面控制個預防的，只有從“人、機、料、法、環、測”全方位分析，找出問題的根本原因，才會逐一解決。

4 結語

在機械加工中，鉸刀廣泛應用于孔半精加工和精加工， 孔的精度和表面質量很大程度上取決于鉸刀的選用、設計和切削參數的選擇上。只有充分了解鉸刀的選用、可能的失效模式才能進行預防，保證產品質量和批產的穩定性。

[1]袁哲俊,劉華明.鉸刀結構設計[M].機械工業出版社,2010-02.

[2]王健石.機械加工鉸刀的技術要求[M].機械工業出版社,2010-05.

[3]陳宜述.鉸刀的種類和應用[M].機械工業出版社.

吳國順 (1983年12月-),男,湖北浠水人,2007年畢業于武漢理工大學機械工程及自動化專業,任職于武漢元豐汽車零部件有限公司,任工藝部副經理、工藝工程師。