鉸刀的故事

胡國強(qiáng)

胡國強(qiáng)金切刀具技能大師工作室 江蘇蘇州 215123

我于《金屬加工（冷加工）》2020年第8期、第10期工匠故事欄目分別刊登了“刀具工匠在路上”“難忘送技在江西”兩篇文章，這期與大家分享一篇關(guān)于鉸刀的故事。

對帶有精密孔零件的常規(guī)加工中，孔徑的尺寸和精度，最終大多是由鉸刀來決定的。因此，鉸刀精度的優(yōu)劣將直接影響零件的質(zhì)量。通常這類精密孔零件，要求其孔徑尺寸最佳為中間公差，表面粗糙度值不低于1.6μm。我在長期的刀具生涯中，練就了一種可使零件孔徑發(fā)生不同變化的鉸刀修磨法。在生產(chǎn)加工中，能立竿見影提高產(chǎn)品質(zhì)量，且令同行們一時難以理解。

20世紀(jì)80年代初，我任廠里工具車間主任。一天機(jī)加工車間傳來消息，他們在使用直徑22mm硬質(zhì)合金機(jī)用鉸刀對40Cr材料鉸孔時，孔徑一直為負(fù)公差，不符合質(zhì)量要求。經(jīng)查，鉸削用量及冷卻方式如往常無變化，檢查鉸刀直徑和精度也合格，但就是鉸削孔徑達(dá)不到要求。操作者及廠工藝技術(shù)人員多次到現(xiàn)場觀察和分析找不到原因，因此，該零件被迫暫停加工。

我了解情況后，將鉸刀帶到辦公室，認(rèn)真地審視其6等分切削刃的每一條刃口，始終沒發(fā)現(xiàn)有何弊端。后來又到加工現(xiàn)場，仔細(xì)詢問和查看了全部加工工藝過程，也找不到一條合理的解釋。我不甘心，第二天來到該車間工具庫，找到一把他們原來多次使用過且已被報廢的直徑22mm的硬質(zhì)合金機(jī)用鉸刀，回來用5倍放大鏡分別對兩把鉸刀的刃口，逐條仔細(xì)地反復(fù)對比和觀察，終于有了新的發(fā)現(xiàn)。初步判斷，其癥結(jié)可能就出在鉸刀過渡刃的幾何角度上。

發(fā)現(xiàn)問題后，我拿著鉸刀立刻安裝在M6025工具磨床的兩頂尖上，將鉸刀過渡刃的偏后角向上作5°傾斜，用碟型金剛石砂輪對其6條刃口重新修磨。

改磨完成后，我將鉸刀交給機(jī)加工車間的操作者，請其再行試鉸。但他一看還是原來那把鉸刀，表現(xiàn)得不肯配合竟說：“不鉸了，再鉸下去廢品算誰的。” 看樣子沒商量。我即通知其班組長按原工藝親自上機(jī)試鉸。不一會兒，一根零件鉆、鉸完成，我請車間質(zhì)檢員到場當(dāng)眾進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果孔徑上下偏差分別為＋0.015、－0.025mm，達(dá)到最佳的中間公差值。我請他接連再加工了3件，經(jīng)驗(yàn)證均完全合格。

當(dāng)時，那位年輕的操作者不相信這是真的，自己拿起內(nèi)徑千分表，對剛鉸完的工件一一反復(fù)測量了兩次后，對我剛才的不敬表示歉意。這時該車間的主任和調(diào)度員也到場，不斷詢問我是何原因，我也不置可否地幽默了一把：這是“變魔術(shù)”。

在孔鉸削現(xiàn)場，車間主任和廠工藝部門負(fù)責(zé)人，均對這把鉸刀之神奇不解，再三問我原委，我說，以后有機(jī)會我會詳細(xì)介紹，現(xiàn)在我只能告訴你：把控好鉸刀的幾何角度，是改變零件質(zhì)量的關(guān)鍵。

大概兩個多月后，蘇州市科協(xié)金切協(xié)會舉辦了一次技術(shù)成果宣講會，我為把此孔鉸刀講清楚做足了功課，并通知了該廠工藝部門、加工車間的主任及操作者到場，我為他們詳細(xì)講解了改進(jìn)孔鉸刀過渡刃的原理及刃磨的全過程（見圖1）。最后，我提醒與會者，今后在選擇孔鉸刀時，應(yīng)該注意檢查切削刃的幾何角度形狀，買來的新鉸刀不一定每把都能滿足加工的質(zhì)量要求。

圖1 技術(shù)成果會上講解孔鉸刀技術(shù)要點(diǎn)

后來，我想這會不會是一種偶然的巧合？為了求證，我從工具庫中找來多把同直徑的硬質(zhì)合金機(jī)用鉸刀，分別對其過渡刃作了3種不同角度的重磨，經(jīng)過對45鋼、不銹鋼材料的鉸孔試驗(yàn)，終于使我明白：這不起眼的過渡刃決不能等閑視之，否則，“差之毫厘，謬以千里”，它是影響孔加工尺寸和表面質(zhì)量的主要關(guān)鍵之一。

我們每天在搞金屬加工，其實(shí)每天都在自覺或不自覺地與一個“力”字在打交道。這孔鉸刀的切削刃，設(shè)計(jì)分布著各種不同的幾何角度，每一個角度在切削中，都會體現(xiàn)出其三要素。平時，我們通常只關(guān)注鉸刀的修光刃，而不大在意它的過渡刃，其實(shí)它是鉸孔的開路先鋒，它接觸工件起始點(diǎn)和角所產(chǎn)生的力，決定后續(xù)鉸孔質(zhì)量的優(yōu)與劣。實(shí)踐出真知，我就是從不懈地探索中獲得啟迪，再通過實(shí)踐證實(shí)了我的判斷。

鉸刀過渡刃與修光刃相交O點(diǎn)以下的連線位置，如果處理不當(dāng)，就會造成孔加工后出現(xiàn)3種尺寸及表面粗糙度，如圖2所示。

圖2 鉸刀過渡刃與修光刃結(jié)構(gòu)關(guān)系

具體分析為：當(dāng)線段Ob與鉸刀軸線垂直，鉸孔時此段切削刃對孔的待加工層是在推削。加工脆性材料會使孔徑變大且表面粗糙度值較高；如加工塑性材料，孔壁受塑性變形后彈性恢復(fù)使孔徑縮小；當(dāng)線段Oa與鉸刀軸線成角＞90°時，此段切削刃對孔的待加工層是在擠削，加工后的孔質(zhì)量更為惡劣，甚至?xí)斐闪慵髲U；只有當(dāng)線段Oc與鉸刀軸線成角＜90°約為6°～ 8°時，加工后孔的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到要求。

縱觀當(dāng)今年輕的金屬加工操作者，每天都在領(lǐng)刀、裝刀、切削，當(dāng)?shù)毒吣p后就直接卸刀換新已形成常態(tài)，很少有人關(guān)注刀具上的幾何角度的變化。我曾在一次講課中說到此事，對方反詰道：“我們是操作工不是刀具工，井水不犯河水。”那么，這事如發(fā)生在當(dāng)下怎么辦，臺下眾笑答：“胡老師，很簡單，換一把新的，再不行，再換再買唄。”開個玩笑而已。

我們這一代仍認(rèn)為：切削刃材料為生命，幾何角度是靈魂，二者缺一不可。前者，操作者無法選擇，后者卻可不斷應(yīng)變。高超與訣竊，來自n次重復(fù)細(xì)微的探究和不懈的勞作之中。