密封孔用高效復合孔加工刀具的設計與開發

◇常州機電職業技術學院 黃 舒 邵宗輝 史東麗 許成中

工程機械上SAE J1962系列密封孔不僅結構復雜，而且對尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同軸度和同心度方面要求更高。現有刀具在加工過程中不僅產生累積誤差較大，而且存在尺寸要求和形位公差難以保證的問題。本文設計一款密封孔用高效復合孔加工刀具，對于產品上同一條軸線上涉及到的6個不同直徑、形狀和相同的同軸度方面的尺寸進行一次性加工，所有直徑方面的尺寸穩定，同軸度一致性好，并且可以減少刀具磨損，增加刀具的使用壽命。

工程機械上SAE J1962系列密封孔不僅結構復雜，而且對尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同軸度和同心度方面要求更高。現有刀具在加工過程中不僅產生累積誤差較大，而且存在尺寸要求和形位公差難以保證的問題。本文設計一款密封孔用高效復合孔加工刀具，對于產品上同一條軸線上涉及到的6個不同直徑、形狀和相同的同軸度方面的尺寸進行一次性加工，所有直徑方面的尺寸穩定，同軸度一致性好，并且可以減少刀具磨損，增加刀具的使用壽命。

1 前言

1.1 密封孔技術要求及加工方法

在工程機械上SAE J1962系列密封孔不僅結構復雜，而且對尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同軸度和同心度方面要求更高。液壓油缸承受著很大的內壓，工作壓力高達40 MPa，甚至更高；油缸在使用中會因為主機而產生振動或擺動。因此進出油路接口密封要求較高，密封孔的加工質量，對提高液壓油缸安全工作有著重要影響。如圖1所示，為SAE J1926-1標準直螺紋O型環油口圖，結果復雜，直徑d5和螺紋節徑的同心度在0.005英寸（0.13 mm）之內，沒有徑向和螺旋狀的刀紋，環形刀紋控制在100 μin（最大2.5 μm），各孔間位置要求較高。該孔系原加工方案為：鉆油孔→擴螺紋底孔→螺紋孔口倒角→擴密封錐面→锪止口面→攻絲，加工工序較多，需六把刀具，頻繁換刀，加工時間長，效率低。

圖1 SAE J1962系列密封孔示意圖

1.2 現工藝存在問題

現有技術是不同尺寸采用不同規格的刀具加工。加工過程中不僅產生累積誤差較大，尺寸要求和形位公差難以保證，而且會因刀具對工件的切削、兩者之間的摩擦和工件材料的彈、塑性變形,增加了刀具磨損，減少了刀具的使用壽命，降低加工表面的質量，并且加工時間與加工周期長，加工成本高，效率低，產品質量不穩定。

2 刀具優化和改進

本文主要為加工SAE J1962系列密封孔提供一種新刀具，對于產品上同一條軸線上涉及到的6個不同直徑、形狀和相同的同軸度方面的尺寸進行一次性加工，所有直徑方面的尺寸穩定，同軸度一致性好。即將多種不同規格的刀具種類合并成一種刀具，即刀具品種減少，消除了加工過程中的累積誤差，尺寸要求和形位公差得到有效控制，加工時間與加工周期縮短，降低了加工成本，提高了刀具的使用壽命，加工效率得到提高，產品質量穩定，降低產品不良率，有效控制了運營成本。

設計高效復合孔用刀具如圖2所示，刀具是焊接式刀具，刀片采用硬質合金，刀體采用鋼。刀片先焊接在刀桿上，然后進行研磨，最后涂層。根據孔的大小，也可做成可轉位式的刀具。焊接式刀具包括刀柄、刀頭和刀片，刀頭上開設有4個容屑槽，均勻分布于圓周上，因密封孔內壁要求較高，所以為保證內壁的光潔度，設計了4個刀齒，容屑槽空間大，利于排屑。刀片上有6條切削刃，6條切削刃構成的形狀與孔剖面形狀相同：①螺紋底孔擴孔主切削刃；②螺紋底孔擴孔副切削刃；③用于螺紋孔口倒角；④用于加工密封錐面；⑤锪削止口面主切削刃；⑥锪削止口面副切刃。

圖2 高效復合孔用刀具設計圖

為保證孔壁的光潔度，采用4刀齒，使得容屑空間足夠大。刀片焊接于容屑槽上，刀片刃磨成與油缸密封孔同形狀的切削刃，切削刃設有前刀面和后刀面，切削刃的前刀面與加工件接觸具有前角,切削刃的后刀面與加工件接觸設計有兩個后角，分別為第一后角和第二后角。其中前角為5°～8°。第一后角設計為5°～10°，第二后角設計為20°～30°。根據設計進行刀具制造，刀具成品如圖3所示。

圖3 刀具實物圖

所設計的高效復合孔用刀具，已申報專利并授權，并已應用于實際加工中，使用本刀具加工液壓油缸油口密封孔（如圖4所示），證明了此刀具的可行性和可靠性，并且其加工的高效率、高精度受到了用戶的好評。

圖4 液壓油缸油口密封孔成品圖

3 刀具創新點

相對企業中原先SAE J1926-1密封孔加工方法，創新之處如下所示。

（1）高效率。復合孔加工刀具銑削加工SAEJ1926系列密封孔，產品尺寸穩定，形位公差得到保證，取代了多種規格刀具陸續加工，大大提高產品的生產效率，降低制造成本。

（2）高質量。合適的刀齒數，大空間的排屑槽設計，滿足了孔內壁光潔度高的要求。

（3）高速度。設計內冷結構，冷卻效果好，允許較快的切削速度和進給速度。

（4）高平穩性。切削刃雙后角設計，利于控制和保持尺寸精度，在切削時提高切削的平穩性和減小振動。

4 結語

本文研究密封孔用高效復合孔加工刀具，通過對刀具結構優化設計，運用設計的刀具對密封孔銑削加工，產品尺寸穩定，形位公差得到保證，取代了多種規格刀具陸續加工，大大提高產品的生產效率，降低制造成本，為工程機械上SAE J1962系列密封孔的加工提供了一種新的解決方案。