機件加工中深孔的鉸削工藝及技術分析

解貝

（揚州大學，江蘇 揚州225000）

機件加工中深孔的鉸削工藝及技術分析

解貝

（揚州大學，江蘇 揚州225000）

本文首先對深孔鉸削技術及影響因素做了簡單介紹，分析了其在機件加工中的重要意義，繼而以不銹鋼鉸削加工和深孔振動鉸削兩種技術為主要內容，分別做了分析。

深孔加工；鉸削工藝；不銹鋼鉸削加工；振動鉸削

0 引言

機件加工是生產中的重要環節，為保證加工質量，提高加工精度，需采用合理可行的技術。作為孔精加工的重要手段，鉸削加工法應用頗為廣泛，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，在機件生產中極為常見。表面粗糙、孔徑誤差等是實際鉸孔中常出現的問題，大大降低了鉸削質量，進而影響到機件壽命，隨著難加工材料的使用增多，普通鉸削加工的缺陷愈發明顯，如效率低下、斷屑困難、鱗刺難以消除等，難以滿足當前新的要求，為此，本文提出了兩種新的鉸削系統。

1 深孔鉸削技術在機件加工中的應用

鉸削屬于切削加工的一種，在鉆孔、鏜孔之后，通常會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。鉸刀刃長齒多，刃齒同時工作，前端主要負責切削，后端起防震校準作用。在機件制造加工時，零件孔加工以磨、鉆、鉸、拉、鏜、擴為主，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。加上其生產效率較高，因此越來越受重視。

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

2 不銹鋼鉸削加工

在普通鋼內適量摻加Ni、Cr等金屬元素，即可制成不銹鋼，能夠改變原鋼的物化性質，使其結構更加穩定，抗腐蝕性有所提升，在450℃以上的高溫，或在酸等腐蝕性介質中，不銹鋼亦能保持高強度，多用于航空航天、石油化工、醫療衛生等行業。但在鉸削加工中，由于摻加金屬元素的緣故，易發生塑性變形，同時產生大量的熱，而其自身導熱系數較低，不易散熱，以至于常出現鉸刀磨損、切屑粘附鉸刀的情況。

2.1 特點

①溫度較高

不銹鋼鉸削加工中，刀具與孔壁摩擦較大，易產生大量的熱，而不銹鋼自身的導熱系數很低，僅為45號鋼的1/4，導致切削區有大量熱聚集，難以散發。

②加工硬化嚴重

不銹鋼韌性強、塑性大，易發生變形，而奧氏體穩定性低，遇到切削應力，易轉變為馬氏體，同時，切削中產生的化合物遇熱分解，極有可能形成硬化層。以奧氏體不銹鋼為例，其硬化后的強度σb約為1480—1950MPa，強度越大，屈服極限值σs越高，在退火狀態下，σs常在σb的40%以內，而硬化后可高達95%。

③切屑粘結，刀具磨損

在鉸削過程中，刀具具有粘結性，易粘結切屑，最終形成屑溜，加上較強的親和性，易使刀具磨損。另外，不銹鋼中的碳化物與刀具摩擦，也會加速刀具的磨損。

④線膨脹系數大

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

2.2 改進

某汽車零件生產公司，在不銹鋼鉸孔中常遇到鉸刀磨損嚴重、鉸孔精確度低等缺陷，為此，該公司對不銹鋼鉸削工藝進行了完善。

①刀具材料的選擇

硬質合金及高速鋼是當下常用的兩種材料，對前者而言，多使用耐磨性、導熱性較好的YG類硬質合金，如YG8N、YW2等；對后者而言，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刀具幾何參數的確定

選擇刃帶寬度較小的，在0.1—0.2mm之間，可延長鉸刀使用壽命，使其導向、修光作用得到充分發揮；多采用大前角，可有效避免切屑發生變形；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，切削速度控制在2.5mm/min；硬質合金則盡量控制在10.5mm/min，該公司使用的是1Cr18Ni9Ti材料；進給量控制在0.1—0.3mm/r內；切削深度為0.15mm。

④鉸削過程的控制

為保證鉸削的均勻性，對刀齒的跳動量加以嚴格控制；同時仔細觀察切屑形狀，若呈條狀，意味著鉸削余量過大；呈塊狀，意味著不均勻；呈卷狀，說明鉸削余量較小。此外，還做好了切屑堵塞的預防工作。

⑤切削液和冷卻方式

切屑容易粘附不銹鋼，為解決此問題，該公司使用硫化油作為切削液，為使表面粗糙度進一步降低，可在其中適量摻加CCl4或煤油，因前者對人體有害，選用后者。同時，采用內冷卻方式進行冷卻。

⑥工件的熱處理

為使工件的硬度符合要求，應加以適當的熱處理，若是馬氏體不銹鋼，可進行調質處理，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 深孔振動鉸削工藝

該工藝是對普通鉸削的改進，即在鉸刀旋轉運動時，施以軸向振動，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、延長鉸刀使用壽命，在難加工材料的鉸削中發揮著重要作用。

3.1 介紹

某機械零件廠建于2003年，經過多年發展，積累了大量經驗，為提高效率，該廠在2011年開發了一種新的深孔低頻振動鉸削系統，包括3部分：①控制系統。主要負責設置參數，以及分析計算的工作，具有保存功能；②深孔鉆鏜床。主要提供主運動和進給運動；③驅動系統，安置在鉆鏜床進給箱的主軸上，主要負責振幅、頻率等輸出。

該系統的振幅和頻率在0—100Hz可做大幅調整，輸出的穩定性高，受負載影響較小；同時，單位功率較大。

3.2 原理

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

3.3 工藝

在使用該技術之前，該廠進行了嚴格試驗，選擇Φ30.05mm的雙刃硬質合金浮動拉鉸刀；機件材料為高強度炮鋼PCrNi3MoA；孔深3200mm，直徑為29.65mm；切削參數設置如下：進給速度為13.5mm/ min，轉速為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。主要對普通鉸削和振動鉸削加以對比。

從對比結果可看出，振動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，使用振動鉸削，有效解決了以往形成積屑瘤的難題，孔壁上的網紋呈規則狀，表面產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、犁溝現象嚴重。此外，從切屑形狀來看，因振動鉸削工藝可做到完全斷屑，使切削刃和切削區周期性分離，切屑較細，呈針狀，而普通鉸削工藝在斷屑時有困難，產生的切屑呈螺旋狀，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 結束語

鉸削工藝在機件生產加工中發揮著重要作用，尤其是當前難加工材料的應用越來越多，為適應新的要求，需對此技術不斷改進，在材料選擇、參數設置等方面進行認真考慮，進而提高高精度孔的加工質量和生產效率。

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指導教師：周建華。

劉帥]