常见表面加工方法2孔加工

根据孔的结构和用途，可以将孔分为以下几种类型：紧固孔和辅助孔、回转体零件的轴心孔、箱体支架类零件的轴承孔。孔的加工方法较多，常用的有钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨和珩磨等。孔加工方案的选用。拟定孔加工方案的原则与外圆面相同，即首先要满足加工表面的技术要求，同时还要考虑经济性和生产率。但拟定孔的加工方案要比外圆面复杂得多，因为：1）孔的类型很多，各种孔的功用不同，使得孔径、长径比及技术要求各方面差异很大。加工孔要比加工同样质量要求的外圆困难。2）加工外圆面的基本方法只有车削、磨削和光整加工几种，而常用的孔加工方法则有钻、扩、铰、镗、拉、磨和光整加工等多种，每一种方法都有一定的应用范围和局限性，因而在拟定加工方案时，要根据孔的尺寸、技术条件、零件材料以及生产条件等众多因素作综合考虑，才能选择出合理的加工方法。3）带孔零件的结构和尺寸是多种多样的，除回转体零件外，还有大量其客观存在类型的零件。相同的孔加工方法，又可在不同的机床上进行。因而在拟定方案时，还要根据具体情况才能选出合适的机床和装夹方式。一、钻孔1、钻孔方法用钻头在零件的实体部位加工孔叫钻孔。钻孔是一种最基本的孔加工方法。钻孔的加工精度较低，只能用作粗加工。对要求不高的孔，如螺栓过孔、螺纹底孔和油孔，将其钻出即可。对要求较高的孔，如轴承孔和定位孔等，钻孔后还需采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工，才能达到要求的精度和表面粗糙度。钻孔可以在车床、钻床或镗床上进行，也可以在铣床上进行。钻孔最常用的刀具是麻花钻头。它是由工作部分、颈部和柄部组成（图5-19）。图5-19a为直柄麻花钻，图5-19b为锥柄麻花钻。图5-19麻花钻图钻头引偏2、钻孔的工艺特点①易引偏。引偏是孔径扩大或孔轴线偏移和不直的现象。由于钻头横刃定心不准，钻头的刚性和导向作用较差，切入时钻头易偏移、弯曲。在钻床上钻孔易引起孔的轴线偏移和不直（图a）；在车床上钻孔易引起孔径扩大（图b）。引偏产生的原因有：钻头细长，刚性差。为了形成切削刃和容屑空间，必须具备的两条螺旋槽使钻芯变得更细，使刚性更差。为减少与孔壁的摩擦，钻头只有两条很窄的刃带与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。钻头的两条主切削刃制造和刃磨时，很难作到完全一致和对称（图），导致钻削时作用在两条主切削刃上的径向分力大小不一。钻头横刃处的前角呈很大的负值（图中未示出），且横刃是一小段与钻头轴线近似垂直的直线刃，因此钻头切削时，横刃实际上不是在切削，而是挤刮金属，导致横刃处的轴向分力很大。横刃稍有偏斜，将产生相当大的附加力矩，使钻头弯曲。工件材料组织不均匀、加工表面倾斜等，也会导致切削时钻头“引偏”。图钻头②排屑困难。钻孔的切屑较宽，在孔内被迫卷成螺旋状，流出时与孔壁发生剧烈摩擦而划伤己加工表面，甚至会卡死或折断钻头。③切削温度高，刀具磨损快。主切削刃上近钻心处和横刃上皆有很大的负前角，切削时产生的切削热多，加之钻削为半封闭切削，切屑不易排出，切削热不易传散，使切削区度很高。上述工艺特点使钻孔加工精度很低。同时，钻孔不易采用较大的切削用量，所以钻孔生产率低。实际生产中为提高孔加工精度，可采取以下措施：仔细刃磨钻头，使两个切削刃的长度相等，从而使径向切削力互相抵消，减少钻孔时的歪斜；在钻头上修磨出分屑槽（图a），将较宽的切屑分成窄条，以利于排屑；用大直径、小锋角（90~100）的短钻头预钻一个锥形孔，可以起到钻孔时的定心作用（图b）；用钻模为钻头导向（图c），这样可减少钻孔开始时的引偏，特别是在斜面或曲面上钻孔时更为必要。图提高孔加工精度的措施a)修磨分屑槽b)预钻定心孔c)用钻模为钻头导向二、扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已有（铸出、锻出或钻出）孔进行的扩大加工，提高孔的精度，减小表面粗糙度Ra值。属于半精加工。扩孔方法如图所示。扩孔时，加工余量比钻孔时小得多，因此扩孔钻的结构和切削情况比钻孔时要好。图扩孔如图所示，扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点：①刚性较好。由于扩孔的切削深度小，切屑少，容屑槽可做得浅而窄，使钻心比较粗大，增加了工作部分的刚性。②导向性较好。由于容屑槽浅而窄，可在刀体上做出3-4个刀齿，这样一方面可提高生产率，同时也增加了刀齿的棱边数，从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用，切削比较平稳。③切削条件较好。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心，无横刃避免了横刃和由横刃引起的不良影响。轴向力较小，可采用较大的进给量，生产率较高。此外，切屑少，排屑顺利，不易刮伤已加工表面。图5-24扩孔钻由于上述原因，扩孔比钻孔的精度高，表面粗糙度Ra值小，且在一定程度上可校正原有孔的轴线偏斜。扩孔常作为铰孔前的预加工，对于质量要求不太高的孔，扩孔也可作最终加工工序。三、铰孔铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是应用较普遍的孔的精加工方法之一。铰孔采用铰刀进行加工，铰刀可分为手铰刀和机铰刀。手铰刀如图a所示，用于手工铰孔，柄部为直柄；机铰刀如图b所示，多为锥柄，装在钻床上或车床上进行铰孔。铰刀铰刀由工作部分、颈部、柄部组成。工作部分包括切削部分和修光部分。切削部分为锥形，担负主要切削工作。修光部分有窄的棱边和倒锥，以减小与孔壁的摩擦和减小孔径扩张，同时校正孔径、修光孔壁和导向。手铰刀修光部分较长，以增强导向作用。铰孔的工艺特点：①铰孔余量小。粗铰为0.l5mm-0.35mm；精铰为0.05mm-0.l5mm。②切削速度低。比钻孔和扩孔的切削速度低得多，以避免积屑瘤的产生和减少切削热。一般粗铰vc=4m/min-l0m/min；精铰vc=l.5m/min-5m/min。③适应性差。铰刀属定尺寸刀具，一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔，不宜铰削阶梯孔、短孔、不通孔和断续表面的孔（如花键孔）。④需施加切削液。为减少摩擦、利于排屑、散热，以保证加工质量，应加注切削液。一般铰钢件用乳化液；铰铸铁件用煤油。钻头、扩孔钻和铰刀都是标准刀具，市场上均易买到。对于φ80mm以下较精密孔，采用钻一扩一铰这种典型的加工方案进行加工非常方便，而且，此加工方案在单件小批乃至大批大量生产中均可采用。钻一扩一铰多在钻床和车床上进行，也可在铣床和镗床上完成。钻一扩一铰只能保证孔本身的精度，难以保证孔与孔之间的尺寸精度和位置精度。为了解决这一问题，可以利用夹具（如钻模）进行加工，或者采用镗孔。四、镗孔（或在车床上车孔）镗孔是用镗削方法扩大工件孔的方法，是常用的孔加工方法之一。对孔内环槽等内成形表面，直径较大的孔（D80mm），镗削是唯一适宜的加工方法。1、镗孔方法镗孔可在镗床上或车床上进行。回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工（图）。主运动和进给运动分别是工件的回转和车刀的移动。a)b)c)图在车床上车孔a)车通孔b)车不通孔c)车槽箱体类零件上的孔和孔系（有若干个相互间有平行度或垂直度要求的孔）适宜在镗床上加工（图）。根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗床、立式镗床、精镗床等。应用最广的是卧式镗床。镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动；进给运动可由工作台带动工件纵向移动，也可由主轴带动镗刀刀杆轴向移动来实现。图在镗床上镗孔镗孔所用刀具为镗刀，镗刀分单刃镗刀和浮动镗刀。单刃镗刀的刀头结构与车刀类似。使用时，用紧固螺钉将其装夹在镗杆上，如图所示。其中图a为不通孔镗刀，刀头倾斜安装；图b为通孔镗刀，刀头垂直于镗杆轴线安装。图单刃镗刀a）不通孔镗刀b）通孔镗刀1—刀头2—紧固螺钉3—调节螺钉4—镗杆浮动镗刀（图）在对角线的方位上有两个对称的切削刃（属多刃镗刀），两个切削刃间的尺寸D可以调整，以镗削不同直径的孔。调整时，先松开螺钉1，再旋动螺钉2以改变刀块3的径向位移尺寸，并用千分尺检验两切削刃间尺寸，使之符合被镗孔的孔径尺寸，最后拧紧螺钉1即可。镗孔时，浮动镗刀插在镗杆的长方孔中，但不紧固，因此，它能沿镗杆径向自由滑动。依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削力，自动平衡其切削位置。图浮动镗刀2、镗孔的工艺特点①镗孔的适应性广。镗孔可在钻孔、铸孔和锻孔的基础上进行，可达尺寸精度等级和表面粗糙度Ra值的范围较广，除直径很小且较深的孔以外，各种直径及各种结构类型的孔均可镗削。②镗孔可有效地校正原孔的轴线偏斜。但由于镗刀杆直径受孔径的限制，一般刚性较差，易弯曲变形和振动，故镗孔质量的控制（特别是细长孔）不如铰削方便。③镗孔的生产率低。为减小镗杆的弯曲变形，需采用较小的切削深度和进给量进行多次走刀。镗床和铣床镗孔，需调整镗刀在刀杆上的径向位置，操作复杂、费时。④镗孔广泛用于单件小批生产中各类零件的孔加工。大批量生产中镗削支架、箱体的支承孔，需要使用镗模。五、磨孔磨孔是用高速旋转的砂轮精加工孔的方法。1、磨孔方法磨孔是用磨削方法加工工件的孔。磨孔多在内圆磨床上进行，也可在外磨床上完成。磨内孔视频磨孔时（图），砂轮旋转为主运动，工件低速旋转为圆周进给运动（其旋转方向与砂轮旋转方向相反）；砂轮直线往复为轴向进给运动；切深运动为砂轮周期性的径向进给运动。磨孔多采用纵磨法，只在个别情况下（短孔及内成形面）采用横磨法，原因是受孔径限制，砂轮轴很细，刚性差。当然，更难以采用深磨法。在内圆磨床上，可磨通孔、不通孔（图a、b），还可在一次装夹中同时磨出孔内的端面（图c），以保证孔与端面的垂直度和端面圆跳动公差的要求。在外圆磨床上，除可磨孔、端面外，还可在一次装夹中磨出外圆，以保证孔与外圆的同轴度公差的要求。a）b）c）图磨孔示意图a）磨通孔b）磨不通孔c）磨孔内端面2、磨孔的工艺特点磨孔与铰孔或拉孔比较：①可磨淬硬孔，这是磨孔的最大优势。②不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔轴线的直线度。③同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔。④生产率比铰孔低，比拉孔更低。磨孔与磨外圆比较：①表面粗糙度Ra值大。其原因：一是砂轮受孔径限制，直径小，故线速度低；砂轮工件接触面积大，且深入在孔内，切削液不易进入磨削区，冷却润滑效果差。②生产率低。砂轮轴悬伸长且细，刚性差，不易采用较大的进给量和切削深度；砂轮直径小，单位时间内磨粒磨损快，且易堵塞砂轮，须经常修整砂轮或更换砂轮，使辅助时间增加。六、拉孔拉孔是用拉削方法加工工件的孔。1、拉孔方法用拉刀可以拉削各种截形的通孔（图5-31），也可以拉削平面，沟槽等。拉刀的结构如图5-32所示。图5-31拉削的典型内孔截形图5-32拉刀的结构拉孔时，工件的预制孔不必精加工（钻或粗镗后即可），工件也不需夹紧，只以工件端面作支承面，这就需要原孔轴线与端面间有垂直度要求。若孔的轴线与端面不垂直，应将工件端面贴在球面垫板上（图5-33）。这样，在拉削力作用下，工件连同球形垫板能略作转动，使工件孔的轴线自动调整到与拉刀轴线一致的方向。图5-33拉孔方法1—球面垫板2—工件3—拉刀2、拉削的工艺特点①加工精度高，表面粗糙度Ra值小。原因是：拉削速度低(一般vl8m/min)，每齿的切削厚度小，故拉削过程平稳，无积屑瘤；有校准齿校正和修光孔壁。②生产率高。拉刀一次行程即可完成粗、半精和精加工。③拉刀寿命长。因其切削速度低，刀具磨损慢，刃磨一次可加工上千个工件，且拉刀可多次刃磨。④拉刀成本高、刃磨复杂，仅适于大批大量生产。⑤不能加工台阶孔、不通孔和薄壁孔。七、研孔研孔是用研磨方法加工工件的孔，用于对精铰、精镗或精磨后的孔进一步光整加工。其尺寸公差等级可达1T7-1T6，表面粗糙度Ra值可达0.1-0.008μm，形状精度也有所提高。所用研磨材料、研磨余量以及研磨方法和特点等，均与研磨外圆相似。八、珩孔珩孔是用珩磨方法加工工件的孔。珩磨工具（珩磨头）对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法，见图a。图珩磨孔1、珩孔方法工作时，安装在机床工作台上的工件固定不动，珩磨头（由几条磨料粒度很细的磨条组成）下端插入精加工过的孔中；上端与机床主轴浮动联接，由主轴带动低速回转的同时，沿轴向作往复直线运动（0.16往复行程/s~1.6往复行程/s）。由于磨条调节到以一定的压力与孔壁接触，即可从工件表面上切去极薄的一层金属，并在孔壁上按1~4路线留下