套形零件内孔的切削加工技巧

时间：2023-06-28 理论教育 版权反馈

【摘要】：根据导形零件（如导套）结构、形状的技术要求，其加工工艺顺序需先行加工内孔，再以内孔为基准，加工其外圆和其他加工面。而套形工件，如导套则多采用麻花钻与扩孔钻，以加工镗孔前底孔。因此，钻中心孔亦是要求较高的辅助工序。表6-49 中心钻类型、结构形式与用途 3.镗套形工件内孔镗孔工艺1）镗孔加工也是孔加工中的精密加工工艺。

套形零件内孔的切削加工技巧

根据导形零件（如导套）结构、形状的技术要求，其加工工艺顺序需先行加工内孔，再以内孔为基准，加工其外圆和其他加工面。而导套内孔加工工艺主要有热处理前的钻孔、扩孔与镗孔，热处理后的磨孔与研孔等。

1.内孔钻、扩加工

套形工件的钻孔与扩孔是半精和精密车削外圆和端面的前工序，也是磨孔工序的预加工。

（1）导套内孔钻、扩加工工艺质量要求

1）套形工件的坯料。导套在单件和少量生产时，可采用棒材，其镗孔前需进行钻孔与扩孔，且可在车床上进行加工；批量生产时，可采管材作坯料，一般进行扩孔、镗孔作为磨孔前工序、可在车床上（或采用专用夹具）进行钻孔与扩孔。

2）钻孔、扩孔工艺精度与质量要求，见表6-37。

表6-37 钻孔、扩孔工艺精度与质量

（2）导套内孔钻、扩加工的定位与装夹

1）若在车床上钻、扩导套内孔，其定位基准面应当为经过光加工后的外圆和端面，所限制的自由度为：、、、、，留作为钻孔与扩孔加工运动。

2）若在钻床上钻孔与扩孔，则可将导套装夹于专用夹具内，限制其六个自由度。钻、扩加工由钻头与扩孔钻作加工运动。

（3）导套内孔加工用钻头及其结构要素与几何参数孔加工的工艺方法有钻孔、铰孔、镗孔、拉（推）孔、复合孔加工等。因此，与各工艺方法相适应的刀具有钻头、铰刀、镗刀、拉刀与推刀，以及复合孔加工刀具等。其中，钻头有麻花钻、扩孔钻、深孔钻和锪钻四种。而套形工件，如导套则多采用麻花钻与扩孔钻，以加工镗孔前底孔。

1）麻花钻常用类型有高速钢和硬质合金麻花钻两种。高速钢麻花钻的类型与用途，见表6-38；硬质合金麻花钻分整体和镶片两种类型，主要用于加工脆性材料，如铸铁、玻璃，以及高锰合金钢等高硬材料。

2）麻花钻结构要素与几何参数对钻削过程中的分屑、断屑与排屑、钻头的寿命与定心等，都将产生重要影响。其结构要素和几何参数及选择分别见表6-39、表6-40、表6-41、表6-42。其莫氏锥柄号与直径公差分别见表6-43和表6-44。

表6-38 高速钢麻花钻的类型与用途

表6-39 麻花钻的结构要素和几何参数

（续）

表6-40 通用型麻花钻的主要几何参数的推荐值（GB/T 6135.3—2008）（单位：°）

表6-41 麻花钻顶角2ϕ的推荐值（单位：°）

表6-42 麻花钻螺旋角β （单位：°）

表6-43 锥柄麻花钻莫氏锥柄号的划分（单位：mm）

注：本表根据GB/T 1438—2008、GB/T 6135.3—2008归纳整理。

（4）导套内孔加工用扩孔钻及其结构要素与几何参数扩孔钻主要有高速钢扩孔钻和硬质合金扩孔钻两类。其用途主要为：提高钻孔、铸造与锻造孔的孔径精度，使其达H11级以上；表面粗糙度达Ra3.2μm。使达到镗加工底孔的工序尺寸与尺寸公差的要求。

1）扩孔钻的结构要素如图6-6所示，它分柄部、颈部和工作部分三段。其切削部分则有：主切削刃、前刀面、后刀面、钻心和棱边五个结构要素。

2）扩孔钻的形式与规格。根据GB/T 4256—2004，常用高速钢扩孔钻分直柄、锥柄和套装三种形式。其尺寸、规格分别见表6-45、表6-46、表6-47。扩孔铝刃倾角，如图6-7所示。

表6-44 高速钢麻花钻直径公差（单位：mm）

图6-6 标准整体高速钢扩孔钻的结构要素

表6-45 整体高速钢直柄扩孔钻形式和尺寸（GB/T 4256—2004）（单位：mm）

注：直径d推荐值系常备的扩孔钻规格，用户有特殊需要时，也可供应分级范围内任一直径的扩孔钻。

表6-46 整体高速钢锥柄扩孔钻形式和尺寸（GB/T 4256—2004）（单位：mm）

（续）

注：直径d推荐值系常备的扩孔钻规格，用户有特殊需要时，也可供应分级范围内任一直径的扩孔钻。

表6-47 套式扩孔钻形式和尺寸（单位：mm）

（续）

注：直径d推荐值系常备的扩孔钻规格，用户有特殊需要时，也可供应分级范围内任一直径的扩孔钻。

3）硬质合金扩孔钻主要用于铸造及加工有色金属材料的孔。一般，扩孔钻直径40mm≥d＞14mm时，采用焊接刀片结构；当d＞40mm时，则采用镶齿式结构。

2.锪钻与中心钻

（1）锪钻是孔加工或套形工件内孔加工用重要辅助刀具；中心钻则是圆柱形零件（见6.2节）外圆外加工（车、磨）或冲模成形凸模与凹模拼块圆弧加工，及钻中心孔时，作为定位基准或辅助支承用的刀具。

锪钻主要有三种形式：外锥面锪钻、内锥面锪钻和平面钻。内、外锥面锪钻一般采用高速钢制造；平面锪钻则有高速钢和焊接硬质合金刀片锪钻两种。

标准锪钻的结构形式、规格、用途和标准号见表6-48。

图6-7 扩孔钻刃倾角

a）λ_s＞0° b）λ_s=0° c）λ_s＜0°

表6-48 锪钻结构形式与用途（单位：mm）

（续）

注：高速钢与硬质合金莫氏短锥柄平底锪钻，及大、小直径端面锪钻、片形端面锪钻，可参见有关工艺手册。

（2）中心孔钻车削、磨削外圆、锥面和外螺纹时，先加工其两端与中心孔作为定位基准，如图6-8所示，以保证各加工面之间的相对位置精度。因此，钻中心孔亦是要求较高的辅助工序。其具体要求与研修方法如下：

图6-8 圆柱形零件定位中心孔

1）精密定位要求两端中心孔需在同一中心线上。其对中心线的圆跳动量＜1μm。

2）60°内锥面的圆度误差将反映在工件上。因此，须予以控制。

3）60°内锥面的表面粗糙度要求Ra＜0.1μm，表面不应有碰伤、划痕、毛刺等缺陷。因此，常设有护锥面。

4）锥角要求准确。一般，顶尖与中心孔在锥孔大端接触，接触环带宽为1～2mm。

因此，钻出的中心孔要求高精度时，则需进行修研，可在车床上采用铸铁顶尖加研磨剂、润滑油（或采用油石，橡胶轮）进行修研；亦可在中心孔磨床上进行修磨。

根据上述中心孔钻及其要求，常用中小钻有钻中心孔用中小钻和钻孔定中心用中心钻两类。中心钻的结构形式与用途见表6-49。

表6-49 中心钻类型、结构形式与用途（单位：mm）(www.daowen.com)

3.镗套形工件内孔

（1）镗孔工艺

1）镗孔加工也是孔加工中的精密加工工艺。

2）它可以镗圆孔、锥孔等不同结构与孔径的孔，其镗孔精度、表面粗糙度与加工余量，见表6-50。

表6-50 镗孔精度、表面粗糙度与镗削余量（单位：mm）

因此，镗孔可作为最终工序或作为磨削的前工序。对于孔径较大的孔，如孔径在75mm或100mm以上的孔，采用镗孔工艺将是主要（或唯一）的工艺方法。

3）镗孔方法。导套内孔镗削与一般机械零件内孔的镗削加工有三种方法，见表6-51。

表6-51 导套与一般机械零件的内孔镗削方法

（2）镗削刀具与镗削条件镗削用刀具是镗削系统的关键工装。镗削的工艺条件主要取决于镗刀的性能。

1）镗刀的结构及参数，与工件材料、孔径与孔的结构形式、镗孔工序以及刀具材料等都有很大关系。镗刀具有以下分类方式：

①按切削刃数量分：单刃、双刃、多刃三种镗刀。

②按加工面分：内孔与端面镗刀；内孔镗又可分通孔、阶梯孔和不通孔镗刀。

③按镗刀结构分：整体式、机夹式和可调式三种。其中，可调式又可分微调式和差动式两种。

车床、卧式镗床、坐标镗床、数控镗铣床以及加工中心上常用的各种形式的镗削刀具有粗镗头、大径粗镗头，高速精镗头、高速小径（如加工孔径为2～13mm）孔精镗头、超精镗头等，见表6-52。

表6-52 现代加工中常用的各种镗刀（单位：mm）

（续）

注：表6-52中所列部分镗头均为刀具生产厂的产品。其中，刀柄、精密微调机构、平衡块与调节原理，刀片与标准系列，以及对刀装置与对刀原理等，可参见刀具生产企业产品。

2）镗孔的镗削条件。每种镗刀都根据机床与工件材料等推荐使用该刀具的镗削条件，包括：镗削深度、刀尖半径、切削速度（m/min）、切削量（mm/ϕ）、进给量（mm/r），以及各参数之间的相互关系。

图6-9 有效镗削深度A与镗削速度关系图

注：当镗削铸铁工件时，有效镗削深度A，相对图6-9约可提高10%～20%。

①切削速度的确定。镗孔时镗杆常产生振动，因此，当镗深孔时，镗杆应当伸出相应长度，其镗刀尖将产生相应幅度的振动，影响沿进给方向的形状误差。为此，镗杆伸进孔内越长，其切削速度将降低。图6-9所示为切削钢零件孔，如套内零件内孔，选择镗削速度的实验关系线图。

镗削示例图如图6-10所示。其伸入孔内的有效加工深度A=182mm；其加工的孔径为ϕ45mm。

查线图：纵轴查A=180mm处作横虚线与ϕ41～ϕ45实验曲线相交，从交点作虚线平行纵轴与横轴相交，其交点在118m/min处，即为相应的镗削速度。

②通过刀尖半径R与A的关系可确定基础柄的D₁。由图6-11可知，当增加A时，则需更大的D₁，增大镗刀杆的刚度，以保证加工精度，当R确定时，经实验则有其A与D₁关系曲线。

例当R=0.4mm，镗孔深A=200mm时，则需选用ϕ50mm的基础柄，以保证加工精度。

图6-10 镗削示例图

图6-11 A、ϕD₁与R的关系线图

③根据所要求内孔面的表面粗糙度与刀尖圆弧半径r_ε（mm），可依照公式确定进给速度。其计算公式为

公式说明：理论表面粗糙度Ray（μm）与进给量f（mm/r）的平方成正比，因此要求进给量小，才易保证表面粗糙度Ray值低；当r_ε增大时，表面粗糙度Ray值才能降低，以保证要求。

4.套形工件内孔磨削

（1）内孔磨削工艺与工艺质量

1）应用与工艺特点。在进行内孔磨削时，由于受孔径与磨削方式的限制，内圆磨头主轴需在悬臂状态下工作，刚度较差，致使内圆磨头在磨削力作用下，易产生变形与振动，从而影响磨孔精度与表面粗糙度。同时，由于磨头在磨削内孔时，磨轮与内孔接触弧长大，排屑困难，磨粒易钝化，易堵塞，从而易产生高温，以烧伤内孔表面。

2）因此，内孔磨削工艺条件与工艺质量将小于外圆磨削工艺条件与工艺质量。当外圆磨削时：

内孔磨削时，则q=40～80。

其次，内孔磨削工艺精度达：IT7～IT9公差等级。（外圆磨削工艺精度可达：IT6～IT8公差等级）内孔磨削工艺表面粗糙度为：0.32μm＜Ra＜5μm。（外圆磨削工艺表面粗糙度则为：Ra=0.8～0.1μm）

3）可见，内孔磨削工艺不仅可作套类工件内孔磨削，也可作其他工件上的孔磨削工艺的最终工序，也可以留0.01～0.015mm余量，作为研磨的底孔。

（2）内孔磨削方法套类工件（如导套内孔）常在内圆磨床上进行，其他工件上孔的磨削可在坐标磨床或无心内圆磨床上进行。所以，内孔磨削一般有三种方式，见表6-53。

表6-53 内孔磨削方式

（3）内孔磨砂轮尺寸选择与接长轴

1）内孔磨砂轮尺寸选择（见表6-54）。内孔磨砂轮标记、标志、外径尺寸范围和公差见标准GB/T2484—2006。

2）砂轮接长轴。为扩大内圆磨磨具的使用范围，用于内圆磨床、万能磨床上常见的接长轴有图6-12所示的几种结构形式。图6-12所示磨头结构形式，多为使用时自制的，为此应注意：接长轴上的锥面为莫氏1∶20，配合面积应大于85%；其上螺纹旋向应与砂轮回转方向相反；其材料常采用40Cr钢，或选用CrWMn钢等。

表6-54 内孔磨削砂轮直径选择（单位：mm）