淺談對軸類微型臺階孔車削加工

陳 毅

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 零件結(jié)構(gòu)及加工工藝分析

從圖1的零件結(jié)構(gòu)圖可知，在加工上是一次成型，只能選擇從臺階孔那邊開始車削加工。然而，該零件在加工過程中由于孔尺寸公差小，精度高，小孔Φ1.34mm(+0.035，+0.010),臺階處大孔尺寸Φ1.44mm(+0.035，+0.0,10),零件周圈只有0.05mm加工余量。從而增加了加工難度，按照傳統(tǒng)加工方式是先加工大孔，在加工小孔，但小孔孔口在受切削力作用下會產(chǎn)生硬邊毛刺，不易去除。在去除時，稍不注意手勢就要把大孔孔壁劃傷。如果先加工小孔的話，后在鉆削大孔時沒有擠壓作用的情況下會導(dǎo)致尺寸超差不能控制，止規(guī)進(jìn)，光潔度不好對鍍金層表面存在損傷，滿足不了技術(shù)要求，如下圖所示。

圖1 J18MDMA零件結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 扁鉆加工示意圖 圖3 小孔孔口翻硬邊毛刺圖 圖4 大孔光潔度不好圖示

2 扁鉆及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 扁鉆的結(jié)構(gòu)

扁鉆切削部分磨成一個扁平體，主切削刃磨出鋒角、后角并形成橫刃；副切削刃磨出后角與副偏角并控制鉆孔直徑。扁鉆前角小，沒有螺旋槽，排屑困難，但制造簡單，成本低，直徑1mm以下的小孔加工上得到廣泛應(yīng)用。

圖5 磨制扁鉆結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 扁鉆存在的問題

傳統(tǒng)扁鉆的材質(zhì)為高速鋼，切削速度較低。因受整體式結(jié)構(gòu)的限制，扁鉆的工作前角為負(fù)前角，軸向力和扭矩較大；其導(dǎo)向主要依賴于扁鉆夾頭上的定位導(dǎo)向鍵(后導(dǎo)結(jié)構(gòu))，導(dǎo)向不穩(wěn)，容易走偏；扁鉆的切削刃采用對稱結(jié)構(gòu)，不能有效分割切削層厚度。鉆削實心件時，因為插針都屬于大批量類的零件，若在加工時扁鉆刀尖磨損，則有可能在工件表面形成擠壓，使鉆削力和扭矩突然增大，導(dǎo)致崩刃現(xiàn)象的發(fā)生，使扁鉆整體報廢。若不能及時發(fā)現(xiàn)的話，還會造成大批量的挑選以及報廢。

2.3 扁鉆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

通過由上述分析可知，傳統(tǒng)扁鉆結(jié)構(gòu)不合理是造成扁鉆加工效果差、易報廢的主要原因。為此，可從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)：

1)將整體式結(jié)構(gòu)改為裝配式結(jié)構(gòu)，選用硬質(zhì)合金刀片并將刀片的工作前角選為正前角(0°～6°)，以改善受力狀況；

2)將切削刃的對稱結(jié)構(gòu)改為不對稱結(jié)構(gòu)，可有效分割切削層厚度；

3)在扁鉆中心增加一只扁鉆，用以分擔(dān)部分切削力。

改進(jìn)后的扁鉆結(jié)構(gòu)如圖6所示：采用裝配式結(jié)構(gòu)，上、下刀體對刀片起夾持和定位作用；扁鉆位于刀體的中心，不僅可承受部分切削力，還可提高定位精度；硬質(zhì)合金刀片嵌裝在上下刀體之間、扁鉆的兩側(cè)，刀片安裝呈不對稱結(jié)構(gòu)，兩側(cè)錐角也不相等。當(dāng)硬質(zhì)合金刀片磨損后，可通過頂絲和楔塊調(diào)整刀片的伸出量，使刀片重復(fù)使用。

圖6 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)簡圖

3 鏜孔及鏜孔刀的磨制

3.1 鏜孔的目的

鏜孔，指的是對鍛出、鑄出或鉆出孔的進(jìn)一步加工。鏜孔可擴(kuò)大孔徑，提高精度，減小表面粗糙度，還可以較好地糾正原來孔軸線的偏斜。

鏜孔可以分為粗鏜、半精鏜和精鏜。精鏜孔的尺寸精度可達(dá)IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra值1.6～0.8μm。鏜孔分為一般鏜孔和深孔鏜孔，一般鏜孔在普通車床就可以，把鏜刀固定在車床尾座或者固定在小刀架上都可以。深孔鏜孔需要專用的深孔鉆鏜床，鏜刀要加上鏜刀稈，還要加上液壓泵站利用冷卻液把鐵屑排除。

鏜孔與外圓車削加工相比較，工作條件相對較差，主要表現(xiàn)有以下幾個方面：

1)一般需采用長徑比較大的刀具，刀桿懸伸距離長，導(dǎo)致刀具剛性差，從而使切削穩(wěn)定性降低，容易產(chǎn)生振動，因此在加工中所選用的切削用量(切削速度、進(jìn)給量、切深)比車外圓時要小，生產(chǎn)效率較低；

2)鏜刀因在半封閉狀態(tài)下工作，排屑困難，特別是在加工孔徑較小的工件時，切削屑易纏繞在刀桿上；

3)鏜刀在孔內(nèi)加工，操作者看不見刀具實際的工作情況。

3.2 鏜孔刀的分類

通孔鏜刀：鏜通孔用的普通鏜刀，為減小徑向切削分力，以減小刀桿彎曲變形，一般主偏角為45°～75°，常取60°～70°。

不通孔鏜刀：鏜臺階孔和不通孔用的鏜刀，其主偏角大于90°，一般取95～100°，刀頭處寬度應(yīng)小于孔的半徑。

鏜孔刀用于較大直徑的孔加工，其結(jié)構(gòu)一般包括刀桿、固定在刀桿下端的刀夾、固定在刀夾上的刀片；所述刀桿固定在機(jī)床轉(zhuǎn)軸一端，由所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動，從而帶動刀片旋轉(zhuǎn)，切削工件，并隨轉(zhuǎn)軸的軸向移動而實現(xiàn)深度方向的進(jìn)給。在加工過程中，為了提高刀桿與轉(zhuǎn)軸的連接強(qiáng)度，避免刀桿下端，即刀片在加工過程中產(chǎn)生顫動而影響加工精度，現(xiàn)有的鏜孔刀一般通過專用刀柄與轉(zhuǎn)軸連接，具體地說，所述刀柄上端固定在轉(zhuǎn)軸的接頭上，另一端夾持刀桿上部，從而固定刀桿。

上述專用于夾持鏜孔刀的刀柄結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用材料的強(qiáng)度、硬度等材質(zhì)要求高，故而制造成本較為高昂；然而，在鏜孔加工中，如加工鋁、鋅等硬度較低、材質(zhì)較軟的零件，或加工較淺的孔時，鏜孔刀的顫動較小，所引起的加工誤差往往在允許范圍內(nèi)；而在一些加工精度要求較高的鏜孔加工過程中，往往需要經(jīng)過粗鏜、半精鏜，以及精鏜等工序，其中粗鏜和半精鏜工序主要為了加工胚孔，鏜孔刀的顫動并不影響精加工的加工精度。

上述加工過程中，鏜孔刀自身的強(qiáng)度和剛性足夠滿足加工需要，此時仍然使用專用刀柄夾持刀具則造成結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、成本高昂的缺陷。

3.3 自制鏜孔刀

零件結(jié)構(gòu)圖表明，大孔尺寸Φ1.45T，那么我們只能采用比它小的合金圓棒來自磨鏜孔刀具，考慮到零件大孔小孔交界處有90°倒角及鋼性問題，最終選擇了Φ1.2的合金圓棒進(jìn)行磨削刀具，如圖7所示。

圖7 自制鏜孔刀

4 臺階孔加工及驗證

4.1 加工方式及順序

①先用外圓刀將毛胚料的端面車削平齊；

②用引頭刀鉆出中心孔，在鉆中心孔時，要想著為后面加工孔后避免出現(xiàn)翻毛刺等現(xiàn)象。所以鉆中心孔時應(yīng)將孔加工大于大孔的直徑0.1～0.2 mm不等。這大多少也要根據(jù)圖紙的工藝要求來進(jìn)行加工的。若沒有工藝要求的，可按平時有工藝要求的大小進(jìn)行加工；

③用鉆頭進(jìn)行鉆孔加工，因扁鉆這種刀具只適合一次性加工到位，所以鉆孔加工時只能一次性加工到工藝尺寸，不能像麻花鉆加工一刀退一刀的方式去使用。這樣的話扁鉆進(jìn)行加工第二刀的時候會因孔里剩余的積屑鎦會在扁鉆進(jìn)行再次斷續(xù)加工時會將鉆頭打斷或打崩。扁鉆這種刀具比較適合加工小孔和一次性到位的孔使用；

④該零件的重點(diǎn)鏜大孔加工，因為插孔零件它是與插針配合使用的，所以他的表面粗糙度都是比較高的，所以在加工時最好使用兩把鏜刀進(jìn)行鏜削加工。但如果條件允許情況可以使用三把鏜加工，這樣不僅能延長鏜刀的壽命，且相對一把和兩把的表面粗糙度也要好的多；

⑤外圓刀車削加工所有外圓，但在車削外圓時，不止保證工差要求，還需保證有表面粗糙度要求的地方，所以在車削有表面粗糙度要求的地方走刀速度應(yīng)慢一點(diǎn)；

⑥切斷刀加工SR切斷保證總長。

圖8 加工效果圖 圖9 鏜孔示意圖 圖10 鏜孔加工后效果圖

4.2 零件的加工驗證

Y型插針，經(jīng)查已按此方法加工批產(chǎn)共6批。改進(jìn)后提高了內(nèi)孔合格率，且按時入庫率100%，解決了該型號面板零件的加工瓶頸問題，實現(xiàn)了高質(zhì)量、快速加工。

5 結(jié)論

通過插針零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并確定加工方法和所需刀具，研制了特制扁鉆和鏜孔刀，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的麻花鉆。試制成功后，在車間進(jìn)行實際加工過程驗證，同時將加工方法宣貫固化。用此方法在公司及同崗位上取得了較大提升，也得到在公司廣泛運(yùn)用，為公司微型針孔類零件臺階孔加工奠定了很好的基礎(chǔ)。

表1 生產(chǎn)情況統(tǒng)計表