分體式復合擴刀加工工藝優化研究*

王文堂 張春梅

(河南機電高等專科學校，河南 新鄉 453003)

汽車發動機、柴油機生產中經常遇到一些階梯孔。此類孔加工過程中需要用到復合類刀具。孔的加工質量主要取決刀具的制造精度及位置精度［1］。本文結合實際生產經驗，簡略介紹分體式復合刀具在加工過程中應注意的一些問題，以保證此類孔加工的尺寸精度和刀具的壽命。

1 分體式復合擴刀傳統加工工藝分析

階梯孔可以采用多種復合刀具進行加工，本文以復合擴刀為例闡述這類刀具生產中需要注意的問題。圖1所示為分體式復合擴刀的結構形式，其主要功能為擴φ12mm孔，倒90°角，擴φ20mm底孔。此類刀具為了節約材料、降低成本做成了分體式［2］。一般情況下此類刀具的生產工藝如表1所示。

分析傳統的工藝路線，對精度控制還是比較全面的。首先考慮了大、小刃直徑(φ20mm、φ12mm)的尺寸精度對孔徑的影響，工藝中可經過粗磨、精磨或鏡面磨削，保證磨削出的鉆頭直徑在中差左右，且表面粗糙度值較小。其次考慮了大小刃工作部分對基準軸線的同軸度。再次考慮了大小刃頂角對基準軸線的斜向跳動。為克服鉆頭兩主切削刃與基準軸線間的夾角不等或兩主切削刃沿基準軸線方向高度不等，進而產生大小刃的切削深度不等問題，工序10中工具磨裝配好后再進行磨削，保證了大小刃的同軸度，減小了鉆孔后的擴張。從關鍵尺寸的控制上似乎沒太大的問題，成品檢測結果如表2所示。

利用此類刀具(參數如表3所示)對硬度為60～65 HRC、材料為16CrMo5的產品進行批量鉆孔后發現有孔徑超差、粗糙度差、大小孔徑同軸度不符合要求、小刃不規則磨損等現象。批量質量不穩定，對需方廠家產品質量及正常生產帶來不好的影響。

表1 分體式復合擴刀傳統工藝路線

表2 分體式復合擴刀檢測報告(2件)

表3 刀具參數

2 分體式復合擴刀加工工藝缺陷分析

分析表1工藝路線，初步認為工藝路線理論上沒有問題，但仔細分析后發現工序8與工序10基準不統一。工序8以一端中心孔、一端孔口倒角為測量基準，而工序10以柄軸線為測量基準。進行檢驗后數據如表4、5所示。表4、5分別為工序8、工序10完成后取6支產品對其同軸度進行測量的結果。

表4 工序8完成后測量的同軸度mm

表5 工序10完成后測量的同軸度mm

從表4、5中的數值可見，同樣一組產品，以柄軸線為測量基準時(工序10)測得的誤差較以中心孔為測量基準時(工序8)測得的誤差大。這是由于以中心孔為測量基準時增加了基準的穩定性，克服了懸臂撓度，測得的誤差較小。這樣會產生兩種質量問題:

(1)鉆頭兩主切削刃沿刀具軸線不等高現象(如圖2所示)會產生孔徑的擴張，擴張量經驗公式為

式中:ΔD為擴張量;H為兩主切削刃沿軸線方向高度之差;φ 為刀具半頂角［3］。

例如以不等高H=0.015mm，φ=59°為例，則孔徑的擴張量 ΔD=0.015×tan59°，計算結果為0.025mm，導致孔徑超差。

(2)被加工工件大小孔徑的同軸度出現問題，從而使大小孔徑同軸度不合格。

3 分體式復合擴刀工藝的優化及注意事項

(1)如果保持原來的工藝規程不變，為了保證產品質量，在由以兩端中心孔為測量基準轉換成以柄軸線為測量基準時，工藝規程中應規定適當縮小的公差值。比如在工序8時可以規定大小刃圓跳動為0.020mm，那么到工序10時，可以規定大小刃圓跳動為0.015mm，這樣克服了以柄部為基準時懸臂撓度及柄部自身的精度對大小刃同軸度的影響。改進后的性能試驗結果證明這種方法是可行的［4］。

(2)如果各工序的同軸度公差不改變，則可以通過改變工藝的方式。如在工序1的加工過程中φ12mm外圓增加工藝凸臺，工藝凸臺上邊可以打中心孔。這樣在工序10時，仍以兩端中心孔為基準，會提高大小刃的同軸度，但要增加一道工具磨切尖工序。同樣可以提高刀具的質量［5］。

(3)工序10小刃進行刃磨時，刀具的安裝和刃磨操作方法要注意，如圖3所示。支撐片形狀應選用螺旋槽支片或斜槽支片，支承片位置的調整應使支承片圓弧對刀具前面的支撐點A比刀具中心低H。A點處的刀齒應正是砂輪進行磨削的位置。這樣刃磨得到的刀具后角是符合設計要求的。具體計算公式為:

式中:H為刀具刃磨點與砂輪中心距離;D為砂輪直徑;α0為刀具刃磨后角［5］。

(4)使用過程中保持切屑排除流暢，多次進刀，輸入冷卻液或空冷。

(5)盡量選用精度較高的機床，要求主軸的靈敏度和旋轉精度高，主軸跳動在0.005mm以下，以提高擴孔精度。

4 結語

優化后的分體式復合擴刀生產工藝在河南省新鄉市奧林斯特機械有限公司已得到廣泛使用。實踐證明，復合類擴刀雖然制造比較復雜，切削環境較差，但只要在設計、制造、使用等幾個方面采取措施，就可以保證階梯孔加工的尺寸精度和形狀精度，達到理想的加工效果。

［1］賈瑞山，趙宏武.復合刀具在孔系加工中的應用［J］.機械工程師，2010(2):111－113

［2］Gong Y P，Cheng L，Kornel F E.Dynamics of initial penetrationin drilling:part1 － mechanistic model for dynamic forces［J］.Jou － rnal of Manufacturing Science and Engineering，2005，127(2):280－288.

［3］任春，陳華，楊常清.批量階梯孔加工工藝的改進與實踐［J］.工具技術，2012，46(9):112 －116.

［4］熊良山.麻花鉆刃形優化與刃磨方法的研究［D］.武漢:華中科技大學，2006.

［5］特倫特 E M.金屬切削［M］.北京:機械工業出版社，1980:95－145.