铰刀是孔的精加工刀具

第八章孔加工刀具在孔的加工过程中，可根据孔的结构和技术要求的不同，采用不同的刀具进行加工。这些刀具分为两类：一类是从实体上加工孔，最常用的是麻花钻；另一类是对已有孔进行加工，常用的有铰刀、镗刀和扩孔钻等。这些孔加工刀具有着共同的特点：刀具均在工件内表面切削，工作部分处于加工表面包围之中，刀具的强度、刚度、导向、容屑、排屑及冷却润滑等都比切削外表面时问他更突出。1.扁钻扁钻（图14.1）是使用最早的孔钻工具。它的切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液容易导入孔中，但切削和排屑性能较差。扁钻有整体式和装配式两种。前者适于数控机床，常用于较小直径孔加工，后者适于较大直径孔加工。图14.12.麻花钻麻花钻（图14.8）是迄今最广泛应用的孔加工刀具。因为它的结构适应性较强，又有成熟的制造工艺及完善的刃磨方法，特别是加工小于Φ30的孔，麻花钻仍为主要工具。生产中也有将麻花钻作为扩孔钻使用的。图14.83.中心钻中心钻是用来加工轴类工件中心孔的，有三种结构形式：带护锥中心钻（图14.2（a））、无护锥中心钻（图14.2(b)）和弧形中心钻（图14.2（c））。（a）(b)）（c）图14.24.深孔钻通常把深孔与孔径之比大于5-10倍的孔称为深孔，加工所用的钻头称为深孔钻。深孔钻有很多种，常用的有：外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷戏钻及套料钻等（详见14.3节）。5.扩孔钻扩孔钻（图14.3）专门用来扩大已有孔。它比麻花钻的齿数多（Z3）容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性能与切削性能较好，加工质量和生产效率比麻花钻高，精度可达IT11-IT10级，表面粗糙度Ra6.3-3.2μm。常用的有高速钢整体扩孔钻（图14.3(a)）、高速钢镶齿套式扩孔钻（图14.3（b））及硬质合金镶齿套式扩孔钻。图14.36.锪钻常见的锪钻有三种：圆柱形沉头孔锪钻（图14.4（a））锥形沉头孔锪钻（图14.4（b））端面凸台锪钻（图14.4（c））。图14.47.铰刀铰刀常用来对已有的孔作最后精加工，也可对要求精确的孔进行预加工。加工精度可达IT11-IT6级，表面粗糙度Ra1.6-0.2μm（详见14.4节）。7.镗刀镗刀是对工件已有孔进行再加工的刀具，可加工不同精度的孔，加工精度可达IT7-IT6级，表面粗糙度达Ra6.3-0.8μm。镗刀即使安装在回转镗杆上的车刀，可分为单刃和多刃镋刀。单刃镗刀只在镗杆轴线的一侧有切削刃（图14.5），其结构简单、制造方便，有的带着调整装置（图14.5（a）），如采用微调装置（图14.6），可大幅度提高调整精度。双刃镗刀是镗杆轴线两侧对称装有两个切削刃，可消除径向力对镗孔质量的影响，多采用装配式浮动结构（图14.7）。镗刀头有整体高速钢和硬质合金焊接结构。8.2麻花钻1.麻花钻的结构组成麻花钻由：工作部分、颈部和柄部三部分组成（图14.8（a））。14.8（a）（1）工作部分工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分承担切削工作，导向部分的作用在于切削部分切入孔后起导向作用，也是切削部分的备磨部分。14.8（a）（2）柄部柄部是钻头的夹持部分，用以与机床主轴孔配合并传递扭矩。柄部有直柄（小于φ20mm的小直径钻头）和锥柄之分。柄部末端还作有扁尾。（3）颈部颈部位于工作部分与柄部之间，可供砂轮磨锥柄时退刀，也是打标记之处。为了制造上的方便，直柄钻头无颈部。2.麻花钻切削部分的组成麻花钻切削部分（图14.8（c））由两个前刀面、两个后刀面、两副后刀面、两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成。（1）前刀面。前刀面即螺旋沟表面，是切削流经的表面，起容屑、排屑作用，需抛光以使排屑流畅。（2）后刀面。后刀面与加工表面相对，位于钻头前端，形状由刃磨方法决定，可为螺旋面、圆锥面或平面，手工刃磨得任意曲面。（3）副后刀面。副后刀面是与已加工表面（孔壁）相对的钻头外圆柱面上的窄棱面。（4）主切削刃。主切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与后刀面的交线，标准麻花钻主切削刃为直线（或近似直线）。（5）副切削刃。副切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与副后刀面（窄棱面）的交线，即棱边。（6）横刃。横刃是两个（主|）后刀面的交线，位于钻头的最前端，亦称钻尖。3.钻头的磨损钻削属半封闭容屑，与自由容屑的车削不同，传入钻头的热量约占52.5%，切削带走的热量占28%，传给工件的占14.5%，其余5%传给周围介质。因此，钻头温度高，加剧了钻头的磨损。钻头的磨损情况如图14.23所示，其中以外缘转角处磨损最严重，因为那里的切削温度最高，散热条件差。8.3深孔钻深孔钻有很多种，常用的有：外排屑深孔钻、内排屑深孔钻等。深孔加工的特点（1）由于孔深与孔径比达，钻头细长，强度和刚度均较差，工作不稳定，易引起孔中心线的偏斜和振动。为保证孔中心线的直线性，必须很好地解决导向问题。（2）由于孔深度大，容屑排屑空间又小，切屑流经的路程又长，切屑不易排除，必须设法解决排屑问题。（3）深孔钻头是在封闭状态下工作，切削热不易散出，必须采取措施确保切削液的顺利进入，充分发挥冷却和润滑作用。当孔深与孔径比值较小时，可以用加工杆麻花钻或带内冷却通道的麻花钻加工，而孔深与孔径比值较大时，一般要采用专门深孔钻头。8.4铰刀铰刀是孔的精加工刀具，也可用于半精加工。铰孔余量小，常用于钻孔或扩孔等工序之后。为了提高铰孔精度，铰孔时，最好是工件旋转，铰刀只作进给运动。但也可采用铰刀既旋转又进给，工件固定不动的办法。图14.34一:铰刀的种类2.高速钢圆柱铰刀的结构组成高速钢圆柱铰刀在生产中最常使用。它由工作部分、柄部和颈部三部分组成（图14.35）。（1）工作部分。包括引导锥切削部分（切削锥）和校准部分。引导锥的作用在于使铰刀顺利导入孔内；切削部分完成主要切削任务，呈圆锥体；校准部分由圆柱和倒锥两部分组成：圆柱部分起校准、导向、修光作用；倒锥部分的作用在于减小已加工孔壁间的摩擦。（2）柄部。连接机床主轴、传递扭矩。（3）颈部。颈部是工作部分与柄部间的过渡部分，可供砂轮磨校准部时退刀，也可供打标记。3.手用与机用铰刀的区别手用较刀工作部分较长，机用铰刀工作部分较短（可取为（0.8~3d0））；手用铰刀无圆柱部分，沿校准部全长磨出倒锥，机用铰刀倒锥为；手用铰刀柄部制成方头，便于使用扳手传递扭矩；手用铰刀切削部分较机用铰刀长些，锥角较小，以减小轴向力并便于导向；手用铰刀常用合金工具钢制造，机用铰刀需用高速钢制造。8.4.2圆柱铰刀工作部分的结构要素1.铰刀齿数及分布齿数Z。因为铰削余量小，不需大的容屑空间，故齿数Z可适当多些。Z越多，铰刀工作越平稳，导向性也好，加工精度会提高，表面粗糙度值减小。但Z不宜过多，过多会使刀齿强度降低铰刀齿数Z与直径、工件材料性质有关。加工韧性材料取小指，脆性材料取大值。为便于铰刀直径的测量和制造，一般取偶数，小直径铰刀也可取奇数(Z=3或5)，以便增大容屑空间。2.铰刀齿槽（1）齿槽方向。铰刀齿槽有直槽和螺旋槽两种。为制造、刃磨合检验的方便，生产中普遍采用直槽。螺旋槽铰刀切削平稳、振动小，特别在铰轴向有空刀或键槽的孔时，能避免“卡刀”和“崩齿”现象。螺旋槽的旋向依加工需要而定。盲孔宜用右旋螺旋槽铰刀，使切屑向上返出，但此时铰刀受到与进给方向相反的轴向抗力，有使铰刀从主轴孔中拔出的可能，切削用量应小些才好。左旋铰刀用于铰通孔，能使切屑向下排出，铰刀受有与进给方向相同的轴向抗力，使得铰刀柄部与机床主轴孔配合牢固。螺旋角β的大小依工件材料而定，工件为韧性材料时应大些，为脆性材料时应小些。8.4.3铰削特点与铰刀的合理使用1.铰削特点要想得到表面质量好的孔，必须了解铰削的特点。铰削时，铰削余量很小（一般为0.05-0.10mm）,切削厚度hD很薄（精铰时约为0.01-0.03mm，而铰刀刀齿切削刃钝圆半径rn）。当hDrn时，铰刀切削部分刀齿不能正常切削，增大了与孔壁的挤压摩擦（图14.44）；而铰刀校准部分由于有刃带的存在，又会对已加工表面的弹性恢复部分进行挤压和熨平。因此，铰削过程的实质是切削与挤压摩擦的联合作用。2.铰刀的合理使用铰刀是静加工刀具，使用合理与否将直接影响铰孔质量。即是说，铰孔的质量除了与铰刀本身的结构参数好制造质量有关外，预制孔的质量、铰削用量、切削液、铰刀修磨以及铰刀与机床的连接形式等，都会影响孔的质量。（1）预制孔（前道工序加工的孔）的精度，对孔的质量影响很大。预制孔的精度低，铰出孔的质量就差。如预制孔轴线歪斜，铰孔时难以修正。故精度要求高的孔，精铰前应先扩孔和镗孔或粗铰，尽量减小预制孔的误差。（2）合理确定切削用量。一般认为，提高铰削时的切削速度和增大进给量，铰孔质量会变差，特别是当提高切削速度时，铰刀磨损加剧，且引起振动；在加工韧性大的材料时，切削速度低，可避免积屑瘤的产生。一般铰削钢时，Vc=1.5~5m/min；铰削铸铁时，Vc=8~10m/min。进给量f不能取得太小，否则不利于润滑，加速后刀面磨损，通常取f=0.3-2mm/r（铰削钢时）；铰铸铁时，f=0.5-3mm/r。孔的尺寸大和孔质量要求高时，f取小值。（3）铰刀磨损主要发生在切削部分与校准部分交接处的后刀面上。实践证明，经常用油石研磨该交接处，可提高铰刀使用寿命。（4）铰削时，切削液的选用十分重要，必须给予足够重视。尤其是高速钢绞刀加工中碳钢时，常用速度Vc8m/min，正好在积屑瘤生成区。这样，选用合适的切削液来减小积屑瘤的影响就显得更加重要。一般铰削钢时，选用乳化油和硫化油效果较好；铰削铸铁时，润滑性较好、粘性较小的煤油效果甚佳。（5）为提高铰孔精度，机铰时常使铰刀与机床主轴孔浮动连接，从而避免铰刀与工件的轴线不重合引起的加工误差，但这样并不能消除已有孔中心线的歪斜，而只能提高孔本来的尺寸精度和减小表面粗糙度值。（6）回转体工件的铰孔，最好让工件回转，铰刀只作轴向进给运动，以避免或减小由于铰刀与孔轴线不重合和铰刀刀齿径向跳动造成的误差。（7）一般情况下工具厂供应留有研磨余量的铰刀，使用厂根据自己的使用要求加以研磨。铰刀外径的研磨，可用铸铁研磨圈沿校准部分刃带进行，如图14.45所示。研磨时可选用金刚砂粉和煤油拌匀作研磨剂。