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机件加工中深孔的铰削工艺及技术分析

时间:2016-07-05     作者:解 贝【转载】   阅读

解 贝
(扬州大学,江苏 扬州 225000)

   【摘 要】本文首先对深孔铰削技术及影响因素做了简单介绍,分析了其在机件加工中的重要意义,继而以不锈钢铰削加工和深孔振动铰削两种技术为主要内容,分别做了分析。
   【关键词】深孔加工;铰削工艺;不锈钢铰削加工;振动铰削
0 引言
    机件加工是生产中的重要环节,为保证加工质量,提高加工精度,需采用合理可行的技术。作为孔精加工的重要手段,铰削加工法应用颇为广泛,浅孔加工多采取推铰方式,深孔加工则以拉铰为主,尤其是后者,在机件生产中极为常见。表面粗糙、孔径误差等是实际铰孔中常出现的问题,大大降低了铰削质量,进而影响到机件寿命,随着难加工材料的使用增多,普通铰削加工的缺陷愈发明显,如效率低下、断屑困难、鳞刺难以消除等,难以满足当前新的要求,为此,本文提出了两种新的铰削系统。
1 深孔铰削技术在机件加工中的应用
    铰削属于切削加工的一种,在钻孔、镗孔之后,通常会借助铰刀将孔壁的薄层金属切除,减少粗糙度,提高孔径的精确性,以获得想要的形状。铰刀刃长齿多,刃齿同时工作,前端主要负责切削,后端起防震校准作用。在机件制造加工时,零件孔加工以磨、钻、铰、拉、镗、扩为主,在尺寸较小的孔精加工中,铰孔起着重要作用,属于二次精加工,在批量零件生产中很是适用,可用于铸铁、钢、非铁金属诸多材料,具体又可分为:①精铰。加工精度可达IT8—6,可将粗糙度控制在Ra1.2—0.08μm,切削深度为0.06—0.3mm;②粗铰。加工精度可达IT10—9,可将粗糙度控制在Ra10—1.2μm,切削深度为0.3—0.8mm。加上其生产效率较高,因此越来越受重视。
    影响铰孔质量的因素主要有两个:①铰刀。其质量及表明精度直接影响着铰孔质量,所以在深孔铰削过程中,首先要合理选择铰刀的几何参数,包括其直径、齿数、刃带宽、前后角等;②铰削用量。直接关系着摩擦切削力,进而影响到加工精度,在铰削时,首先,铰削余量要适中,过多或过少都对铰孔质量不利;其次,要注意切削速度,根据实际要求加以调整;此外,还有进给量,要综合前两者及其他要求确定。
2 不锈钢铰削加工
    在普通钢内适量掺加Ni、Cr等金属元素,即可制成不锈钢,能够改变原钢的物化性质,使其结构更加稳定,抗腐蚀性有所提升,在450℃以上的高温,或在酸等腐蚀性介质中,不锈钢亦能保持高强度,多用于航空航天、石油化工、医疗卫生等行业。但在铰削加工中,由于掺加金属元素的缘故,易发生塑性变形,同时产生大量的热,而其自身导热系数较低,不易散热,以至于常出现铰刀磨损、切屑粘附铰刀的情况。
2.1 特点
    ①温度较高
    不锈钢铰削加工中,刀具与孔壁摩擦较大,易产生大量的热,而不锈钢自身的导热系数很低,仅为45号钢的1/4,导致切削区有大量热聚集,难以散发。
    ②加工硬化严重
    不锈钢韧性强、塑性大,易发生变形,而奥氏体稳定性低,遇到切削应力,易转变为马氏体,同时,切削中产生的化合物遇热分解,极有可能形成硬化层。以奥氏体不锈钢为例,其硬化后的强度σb约为1480—1950MPa,强度越大,屈服极限值σs越高,在退火状态下,σs常在σb的40%以内,而硬化后可高达95%。
    ③切屑粘结,刀具磨损
在铰削过程中,刀具具有粘结性,易粘结切屑,最终形成屑溜,加上较强的亲和性,易使刀具磨损。另外,不锈钢中的碳化物与刀具摩擦,也会加速刀具的磨损。
    ④ 线膨胀系数大
    就线膨胀系数而言,与碳素钢相比,不锈钢要高出很多,因铰削中会产生大量热,温度较高,易引起工件的变形,在控制尺寸精度时有一定的难度。
2.2 改进
    某汽车零件生产公司,在不锈钢铰孔中常遇到铰刀磨损严重、铰孔精确度低等缺陷,为此,该公司对不锈钢铰削工艺进行了完善。
    ①刀具材料的选择
    硬质合金及高速钢是当下常用的两种材料,对前者而言,多使用耐磨性、导热性较好的YG类硬质合金,如YG8N、YW2等;对后者而言,普通高速钢寿命较短,多使用含Al等元素的高性能高速钢,如W6Mo5Cr4V2Al等。
    ②刀具几何参数的确定
    选择刃带宽度较小的,在0.1—0.2mm之间,可延长铰刀使用寿命,使其导向、修光作用得到充分发挥;多采用大前角,可有效避免切屑发生变形;刃倾角在10°—14°之间,可避免划伤孔壁,方便切屑排出;
    ③铰削用量
    采用高速钢时,切削速度控制在2.5mm/min;硬质合金则尽量控制在10.5mm/min,该公司使用的是1Cr18Ni9Ti材料;进给量控制在0.1—0.3mm/r内;切削深度为0.15mm。
    ④铰削过程的控制
    为保证铰削的均匀性,对刀齿的跳动量加以严格控制;同时仔细观察切屑形状,若呈条状,意味着铰削余量过大;呈块状,意味着不均匀;呈卷状,说明铰削余量较小。此外,还做好了切屑堵塞的预防工作。
    ⑤切削液和冷却方式
    切屑容易粘附不锈钢,为解决此问题,该公司使用硫化油作为切削液,为使表面粗糙度进一步降低,可在其中适量掺加CCl4或煤油,因前者对人体有害,选用后者。同时,采用内冷却方式进行冷却。
    ⑥工件的热处理
  为使工件的硬度符合要求,应加以适当的热处理,若是马氏体不锈钢,可进行调质处理,将其硬度控制在30—34HRC间为最佳;若是奥氏体不锈钢,可在高温下退火,以提高切屑的脆性。
3 深孔振动铰削工艺
    该工艺是对普通铰削的改进,即在铰刀旋转运动时,施以轴向振动,使得铰削效果大为改变,相比之下,该工艺切削力较小,大幅降低了表面粗糙度,而且断屑较为容易,可提高加工精度、延长铰刀使用寿命,在难加工材料的铰削中发挥着重要作用。
3.1 介绍
某机械零件厂建于2003年,经过多年发展,积累了大量经验,为提高效率,该厂在2011年开发了一种新的深孔低频振动铰削系统,包括3部分:①控制系统。主要负责设置参数,以及分析计算的工作,具有保存功能;②深孔钻镗床。主要提供主运动和进给运动;③驱动系统,安置在钻镗床进给箱的主轴上,主要负责振幅、频率等输出。
该系统的振幅和频率在0—100Hz可做大幅调整,输出的稳定性高,受负载影响较小;同时,单位功率较大。
3.2 原理
深孔低频振动铰削工艺的原理为:钻镗床进给箱主轴上安装有驱动系统,在工作时输出振幅和频率可控的周期振动,(下转第117页)(上接第97页)同时工作夹紧在主轴上,在钻镗床的作用下,铰刀开始做轴向进给及轴向振动。刀杆尾端设置有输油管,供切削液流动,将高压硫化油灌入刀杆内部,然后从出油孔排出,流入切削区,主要起冷却润滑的作用,方便切屑的顺利排出。
3.3 工艺
    在使用该技术之前,该厂进行了严格试验,选择Φ30.05mm的双刃硬质合金浮动拉铰刀;机件材料为高强度炮钢PCrNi3MoA;孔深3200mm ,直径为29.65mm ;切削参数设置如下:进给速度为13.5mm/min,转速为315r/min,振幅和频率依次为0.15mm、37.5Hz。切削液选择的是高压硫化油。主要对普通铰削和振动铰削加以对比。
    从对比结果可看出,振动铰削加工的表明粗糙度明显较低,且变化较小,相比之下,普通铰削的变化大,粗糙度也大。同时,使用振动铰削,有效解决了以往形成积屑瘤的难题,孔壁上的网纹呈规则状,表面产生的鳞刺和犁沟也得以清除,提高了加工的均匀性,而普通铰削后的孔壁表面的划痕、刀印十分明显,且鳞刺、犁沟现象严重。此外,从切屑形状来看,因振动铰削工艺可做到完全断屑,使切削刃和切削区周期性分离,切屑较细,呈针状,而普通铰削工艺在断屑时有困难,产生的切屑呈螺旋状,且大都连在一起,极易造成堵塞,一旦缠于刀体,易引起刀体的变形。
4 结束语
    铰削工艺在机件生产加工中发挥着重要作用,尤其是当前难加工材料的应用越来越多,为适应新的要求,需对此技术不断改进,在材料选择、参数设置等方面进行认真考虑,进而提高高精度孔的加工质量和生产效率。

                              【参考文献】
[1]贺鹏.浅析机械加工过程中的深孔加工方法[J].科技创新与应用,2013,27(24):143-144.
[2]潘建新,周小红.高硬材料顶针孔的铰削工艺分析[J].矿山机械,2010,16(38):177-178.
[3]赵明文.合金工具钢模具小深孔淬火后的铰削加工[J].机电工程技术,2011,40(07):156-157.
[4]韩建强,李潇冰.铰削加工探讨[J].精密制造与自动化,2010,22(03):210-211.


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