孔加工(鉆、鏜、鉸孔)復(fù)合刀具
發(fā)布日期:2012-11-18 蘭生客服中心 瀏覽:3661
前言
對(duì)零件的內(nèi)孔進(jìn)行加工的工作,在機(jī)械廠、金工車間(特別是鉗工和車工工種)是家常便飯,也是不可或缺的事情,而不同零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求性質(zhì)以及現(xiàn)有設(shè)備的限制,那么所采取的工藝方法,所選擇的工種工人及其技能水平和刀具特點(diǎn)效能的發(fā)揮作用,都直接影響到零件的加工質(zhì)量(加工精度)和生產(chǎn)的成本(生產(chǎn)效益)。
鉗工工種進(jìn)行孔加工的過(guò)程簡(jiǎn)單,可達(dá)較高的加工精度,但是要使加工出來(lái)的孔其形位精度和表面粗糙度均較高時(shí),體現(xiàn)出鉗工加工孔的難度和成效性就很明顯,若有精良的設(shè)備、刀具和技藝精湛的操作工人那是不費(fèi)吹灰之力,輕而易舉就能滿足加工要求(確保高精度孔加工的要求),但是在通常的加工環(huán)境(條件),是不可能十全十美、應(yīng)有盡有(包括設(shè)備、刀具和技藝精湛的操作工人),如標(biāo)準(zhǔn)刀具尺寸不符,設(shè)備技術(shù)參數(shù)規(guī)格不符合等,給加工帶來(lái)的困難,用常用的方法就難于完成零件內(nèi)孔的加工(勉為其難),但是就有限的資源(條件),也要完成產(chǎn)品的加工且要確保其加工質(zhì)量,那么只有針對(duì)現(xiàn)狀,考慮經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)不符的因素來(lái)滿足加工的條件(要求),才能使困難迎刃而解。
我加工了一批箱體(WS120型蝸桿減速器)的內(nèi)孔, 該孔的精度要求較高,, Ra =1.6μm,由于此孔的孔徑和精度要求校高,通常用的加工手段有兩種方法:方法一,先用鉆頭鉆出孔(粗加工)后,留出精加工余量,再由技術(shù)水平較高的工人師傅直接鏜出內(nèi)孔達(dá)到精度要求;方法二,先對(duì)工件鉆孔→擴(kuò)孔→粗鉸(留0.1~0.2mm的鉸削余量)→精鉸,來(lái)保證孔的質(zhì)量。兩種方法的優(yōu)劣勢(shì)各有不同,方法一中,其操作過(guò)程簡(jiǎn)單,加工出的孔,其直線度較好,刀具消耗低,但是對(duì)鏜孔工序的工人技能要求較高(在普通機(jī)床上加工并非數(shù)控機(jī)床設(shè)備上加工時(shí)),而且較容易產(chǎn)生廢品,工作效率也低;而方法二加工出來(lái)的孔徑取決于鉸刀的精度、尺寸相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)操作工人的技能水平要求也相對(duì)不很高,但是加工出來(lái)的孔其表面粗糙度低,孔的直線度較差,鉸刀的消耗也很大,效率非常低,只適宜單件生產(chǎn),不適合批量生產(chǎn),若能綜合兩種加工方法的優(yōu)點(diǎn),既保證零件的加工精度,工人技能要求也不需很高,且又能降低生產(chǎn)成本,提高效率的加工方法(措施)。那么就這批產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)(批量)和當(dāng)時(shí)工廠的生產(chǎn)條件(設(shè)備非常欠缺,只有一臺(tái)Z525型鉆床)及采取常規(guī)的加工方法,進(jìn)行生產(chǎn)的難度較大且效率較低的問(wèn)題就可得到很好的改善。因此,通過(guò)查找資料、借鑒工藝、設(shè)計(jì)出一款將鉆孔、鏜孔、鉸孔容為一體的專用復(fù)合刀具。如圖1所示:
圖1 復(fù)合刀具實(shí)體結(jié)構(gòu)示意圖
⒈刀具設(shè)計(jì)的構(gòu)思
⑴就應(yīng)工廠現(xiàn)有的加工條件,完成產(chǎn)品加工,保證質(zhì)量和提高效率及降低成本
⑵為減少裝拆刀具的時(shí)間,從鉆孔、擴(kuò)孔(或鏜孔),到最后的鉸孔,一次性安裝刀具完成三道工序(孔的粗加工、半精加工和精加工),即將鉆頭和擴(kuò)孔鉆(或鏜刀)及鉸刀三種刀具共用一刀體結(jié)構(gòu)。
⑶為減少刀具刃磨的輔助時(shí)間和提高刀具的耐用度,減少刀具消耗,降低生產(chǎn)成本,分別對(duì)鉆孔、鏜孔和鉸孔用刀具的切削部分針對(duì)各自加工特點(diǎn)(切削條件)而采用不同材質(zhì)型號(hào)特點(diǎn)的硬質(zhì)合金刀片。
⒉刀體結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)
根據(jù)鉆頭加工內(nèi)孔鉆削效率高的特點(diǎn),刀頭部分用一塊材料為YG8 E225型合金刀片鑲嵌(銅焊)在刀桿一端而成為鉆頭部分,完成粗加工(鉆孔)工序,但是加工出的孔其表面粗糙度和孔經(jīng)直線度都較差,尺寸精度不高等缺陷,將具有修正孔徑直線度,穩(wěn)定孔徑尺寸的鏜刀部分,放在合金鉆頭后,將鉆削出的孔進(jìn)行鏜削加工(由于鏜削余量較大,分單刀三級(jí)鏜削),利用鏜孔的優(yōu)點(diǎn)來(lái)保證加工出的孔徑直線度和穩(wěn)定孔徑尺寸,完成半精加工工序(包括粗鏜、半精鏜),為鉸孔工序做好準(zhǔn)備工作(提高表面粗糙度和使鉸削余量均勻合理),鉸孔的鉸刀部分放在復(fù)合刀具體切削部分的最后來(lái)完成最后的精加工,保證孔的精度(孔的形位精度和表面粗糙度)、刀具體夾持部分制成莫氏3號(hào)錐柄。為了容易排屑和刀具不同時(shí)參與切削(減輕切削力),每一刀具的切削部分的起始點(diǎn)在軸向間隔大于或等于25 毫米(大于孔深),其中鉆與第一級(jí)鏜之間大于25 毫米(因鉆孔的鐵屑多),同時(shí)也增大了容屑空間,使排屑順暢,避免前后刀面切下的切屑互相干擾和阻塞,致使刀具崩刃及影響孔的質(zhì)量。
⒊鉆、鏜、鉸孔切削部分合金刀片材料的選擇
根據(jù)加工材料(灰口鑄鐵)的性質(zhì),生產(chǎn)特點(diǎn)(批量),切削特點(diǎn)來(lái)選擇合適的刀具材料(鉆、鏜、鉸削的機(jī)床轉(zhuǎn)速,進(jìn)給量相同時(shí))。
⑴ 鉆削(刀頭)刀具部分,由于是粗加工,切削深度較大,刀具承受的切削力較大,切削速度不很高(照顧鉸孔部分的特點(diǎn)),同時(shí)材料的組織不均勻(有砂眼、氣穴的可能),再加上合金刀片的刃口在切削加工鑄鐵行程中欠鋒利,擠刮現(xiàn)象較嚴(yán)重,所以選用強(qiáng)度較高,抗沖擊性和抗振性能及耐磨性均較好的鎢鈷類硬質(zhì)合金(材料牌號(hào)為YG8 E225型焊接合金)
⑵ 鏜孔刀具部分,由于孔徑比鉆孔尺寸略大,根據(jù)V=(πDn)/1000,刀刃處切削速度會(huì)高于鉆孔刀具部分,切削深度比鉆孔的切削深度較小,切削過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定些,為了提高刀具的耐用度,選用硬度,耐磨性及耐熱性均較好,且不用重磨切削角度可轉(zhuǎn)位的鎢鈷類硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片(材料牌號(hào)為YG6,型號(hào)為31005V)。
⑶ 鉸孔刀具部分,由于是穩(wěn)定尺寸部分刀刃處的切削速度相對(duì)鉆削和鏜削時(shí)均更高,切削深度(鉸孔余量)較小,所以要求耐磨性和耐熱性也要相對(duì)鉆削和鏜削時(shí)更高,才能提高刀具的耐用度,從而保證尺寸精度,因而選擇鎢鈷類硬質(zhì)合金(材料牌號(hào)為YG3)。
⒋刀具切削部參數(shù)設(shè)定
刀具切削部分的切削角度和刃寬參數(shù)對(duì)刀具的使用壽命(耐用度)和加工的難易程度及加工的精度均起著至關(guān)重要的作用,也直接影響到加工成本、加工效率,所以刀具每部分的切削參數(shù)應(yīng)合理選擇。
圖2 合金鉆頭部分示意圖
鉆削部分(如圖2所示 ),刀片厚度為4.5mm,保證鉆頭的鉆心強(qiáng)度,鋒角取116°比標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆鋒角小,目的是減小主偏角,從而減少軸向抗力和振動(dòng),內(nèi)刃斜角約15°,內(nèi)刃前角取-15°,橫刃長(zhǎng)度留2.5毫米來(lái)提高鉆孔的穩(wěn)定性,同時(shí)提高刀具的耐磨性,前角取γ取6°,后角α取18°,目的是為了容納切屑的空間較大,以防碎沫狀切屑堵塞壓迫,造成崩刃),同樣也是為了增大容納切屑的空間,減少鉆頭與孔壁的磨擦,而同時(shí)又要保證副切削刃的強(qiáng)度,所以取副后角為8°和副切削刃帶寬為0.25~0.3mm。
鏜削刀具部分,采用型號(hào)為31005V的YG6不重磨刀片,角度參數(shù)(如圖3所示 )。
圖3 鏜孔用刀片示意圖
鉸削刀具部分,引導(dǎo)前錐取45°軸向長(zhǎng)3毫米,便于切入已有孔,另為提高鉸削的穩(wěn)定性,切削錐角(2倍的主偏角)取3°~5°,軸向長(zhǎng)3毫米,為提高刀具的耐用度和表面粗糙度及尺寸精度,引導(dǎo)部分與切削部分采用R1過(guò)渡,切削部分與校準(zhǔn)部分采用R0.5過(guò)渡;因鉸削余量很小,切屑很薄,切屑與前刀面接觸很短,前角作用不大,為制造方便,前角取0°;引導(dǎo)部分和切削部分及校準(zhǔn)部分的后角均取8°,引導(dǎo)部分和切削部分不留刃帶,校準(zhǔn)(修光)部分留0.3mm的刃帶寬,以保證修光刃的強(qiáng)度又減少刃帶與孔壁的磨擦,達(dá)到良好的導(dǎo)向和修光作,同時(shí)也便于鉸刀制造和檢驗(yàn),刃傾角取-8°(相當(dāng)于左向螺旋鉸刀),為使鉸刀工作平穩(wěn),提高加工表面質(zhì)量,切削時(shí)切屑順利從鉸刀前方排出(向下),可避免切屑劃傷孔壁,并或減少孔的擴(kuò)張量。
⒌刀具的制造
此復(fù)合刀具的精度直接影響到加工孔的質(zhì)量(形位精度和表面粗糙度),要充分發(fā)揮此復(fù)合刀具的效能,就必須要保證刀具本身的精度。因而必須對(duì)刀具本身擬定切實(shí)可行的加工工藝及刀體材料的選擇(要有良好的加工工藝性和綜合的機(jī)械性能,所以刀體選用45鋼(棒料),根據(jù)刀體要獲得良好的綜合機(jī)械性能(足夠的強(qiáng)度和高韌性相配合),確保刀體尺寸穩(wěn)定,大體上加工工藝為:粗車刀體→刀體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理→修磨兩端中心孔→精車刀體→銑刀柄→磨刀體錐柄(為了使刀柄與機(jī)床主軸配合更好、更精確),最好配磨錐柄,采用涂抹紅丹的檢驗(yàn)方法保證錐柄與錐孔的接觸面積不小于80%以上的面積→銑鑲嵌硬質(zhì)合金刀片的槽位→手工鉚定合金刀片→銅焊鉸刀部分的硬質(zhì)合金刀片→修磨硬質(zhì)合金刀具的切削角(在工具磨床上根據(jù)各圖所示切削角度刃磨)→研磨刀具→銅焊鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片→修磨鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片的切削角度。
⒍切削用量的選擇及完成每一孔的純切削加工時(shí)間
⑴ 鉆、鏜、鉸所用機(jī)床主軸不停(轉(zhuǎn)速相同)的情況下,選擇切削用量。
① 切削深度(ap )由刀具制造后即定ap鉆 =12.5, ap鏜1 =3 , ap鏜2 =3 , ap鏜3 =1.4 , ap鉸 =0.1。
② 進(jìn)給量(f),考慮機(jī)床動(dòng)力,進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度,刀具強(qiáng)度,f按鉆孔時(shí)選擇f=0.10mm/r。
③ 切削速度(v)考慮刀具的壽命(耐用度),加工孔的質(zhì)量,v按鉸孔時(shí)選擇8~10m/mm(n=64~79r/min),選Z525型鉆床最低轉(zhuǎn)速97r/min。
④ 完成每一孔所需的純切削加工時(shí)間(t)
t=153mm÷97r/min×0.1mm/r=16(min)
其中153mm為刀具加工完孔所需的行程
⑵ 鉆、鏜、鉸三部分獨(dú)立按各自加工特點(diǎn),刀具特點(diǎn)來(lái)選擇切削用量(完成鉆或鏜后均停機(jī)待變速后再進(jìn)行下一工序)。
① 切削深度(ap)由刀具制造決定是不變ap鉆 =12.5,ap鏜1 =3,ap鏜2 =3,ap鏜3 =1.4,ap鉸 =0.1。
② 進(jìn)給量(f)的選擇
f鉆 =0.10mm/r,f鏜 =0.20mm/r,f鉸 =0.40mm/r。
③ 切削速度(v)的選擇:
④ 完成每一孔所需的純切削加工時(shí)間(t)
t鉆 =28mm÷(272r/min×0.1mm/r)=1(min)
t鏜 =(28mm×3+25mm)÷(140r/min×0.2mm/r)=4(min)
t鉸 =28mm÷(97r/min×0.4mm/r)=1(min)
t= t鉆 +t鏜 +t鉸 =6(min)
其中28mm分別為刀具鉆孔和鉸孔所需的行程
(28mm×3+25mm)為刀具鏜孔所需的行程
⒎鉆、鏜、鉸復(fù)合刀具的優(yōu)點(diǎn)
⑴ 能在最大鉆孔直徑為φ25鉆床(Z525型)上加工出φ40的孔。
⑵ 批量生產(chǎn)成本較低,刀具損耗較小,鏜孔處刀具鈍后可轉(zhuǎn)位無(wú)需刃磨,可集中工序,減少工位和機(jī)床數(shù)量及刀具數(shù)量,對(duì)工人技術(shù)要求較低。
⑶ 生產(chǎn)率高。減少了換刀和對(duì)刀及磨刀等輔助加工時(shí)間,批量生產(chǎn)中能大大提高生產(chǎn)效率(若鉆頭部分有機(jī)夾可轉(zhuǎn)位合金刀片效果更佳)。
⑷ 加工精度高,多次加工的基準(zhǔn)不變(同軸心線),能保證每次加工的表面之間較高的位置精度,同時(shí)能保證較高的孔徑尺寸精度,孔壁的直線度和孔壁的表面粗糙度。
(5) 適用范圍廣,可在結(jié)構(gòu)和刀片材料上進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)可調(diào)徑鏜孔和在不同機(jī)床上加工不同材料的種類孔(臺(tái)階孔、锪孔等)。
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