铰刀设计原则及铰孔失效模式分析.doc

_铰刀设计原则及铰孔失效模式分析在机械加工中，铰孔是用铰刀从工件切除微量金属层，以提高孔的尺寸精度和表面质量的加工方法，是普遍应用的孔的精加工方法之一。因为铰刀的齿数较多，导向性能好，心部的直径大，刀具的刚性好，加工余量小，可以获得IT9-IT7级直径尺寸精度，内孔表面粗糙度可控制在Ra1.60.8mm之间甚至更好。下面简述一下铰刀的基础知识:一、 铰刀直径及公差的确定原则：在铰孔加工中，铰刀的直径与公差直接影响到被加工孔的尺寸精度、铰刀的制造成本与使用寿命。确定铰刀的直径公差应考虑被加工孔的公差、铰孔时的扩张量P或收缩量P1、铰刀使用所需的磨损备磨量H和铰刀本身的制造公差G，见下图所示。以上计算方法可为按被加工孔的尺寸精度来设计或研磨铰刀提供参考。为满足工艺要求，一般要先试铰，根据试铰情况来修正计算出的公差带，再确定铰刀实际尺寸及公差，投入使用。但铰孔时还受机床主轴径向跳动、铰刀的安装偏差、铰刀各刀齿的径向跳动、冷却液、切削用量等因素的影响，使铰出孔的直径往往会“扩张”现象,此时铰刀的直径按下式确定:domax=dwmax-Pmax (1)； domin=dwmax-Pmax-G （2）；dof=dwmin-Pmin (3).公式中 do-铰刀直径(mm)； dw-工件孔径(mm) ； dof-铰刀报废尺寸（mm）； P-铰刀扩张量，一般选取0.0030.02mm；G-铰刀的制造公差。在铰削时，也会发生铰出的孔径小于铰刀校准部分实际直径，即产生孔的“收缩”现象，例如用很小的切削锥的铰刀加工薄壁的韧性材料或用硬质合金铰刀高速铰孔时，铰后孔因弹性恢复而缩小。此时铰刀直径应按下式确定：domax=dwmax+P1min (4)； domin=dwmax-G （5）；dof=dwmin+P1max (6).公式中P1-孔径收缩量，一般选取0.0050.02mm。铰刀磨损储备量H按下式确定：铰孔后有扩张时 H=domin-dof=domin-dwmin-Pmin (7)；铰孔后有收缩时 H=domin-dof=domin-dwmin-P1max (8)。二、 影响铰刀铰孔质量的主要因素：（一） 铰刀几何参数。铰孔质量的好坏取决于铰刀本身的精度和表面粗糙度。因此，铰刀几何参数的合理选择，决定了被铰孔加工质量的好坏。1-是铰刀直径。它是根据被加工孔的公称尺寸和公差以及在铰削过程中被加工孔的扩张量或收缩量决定的。2-是铰刀的齿数。一般，铰刀的齿数愈多，铰孔的精度就越高，表面粗糙度值就越低，同时，分布在每个切削刃上的负荷也就小，有利于减少铰刀的磨损。但齿数增多后却降低了刀齿强度，减小了容屑槽。在切削时，切屑就不容易排出。特别是铰深孔和切削余量大时，因容屑槽被切屑堵塞，切削液流不进去，致使铰刀和工件因产生热量而变形，影响加工质量。铰刀的齿数一般都选用偶数。3-是切削锥角。它主要是根据不同的加工材料和铰刀的类型来加以选择。4-是前角。由于铰削的余量较小，切削仅在刀尖处进行，与刀齿的前倾面很少接触，故前角可以为零，但在铰削塑性较大的材料时，为避免切屑粘滞在刀刃上，前角应取大一些。5-是后角。铰刀的后角大，虽然可以提高切削刃的锐利程度，却降低了刀齿强度，在切削过程中容易产生震动和磨损，铰刀直径也随之减小，使铰孔直径达不到要求。6-是刃带宽度。它主要是引导铰刀方向和光整孔壁，同时也为了便于测量铰刀的直径。铰刀的齿数越多刃带的积累宽度也大。因此有利于孔壁降低表面粗糙度值，铰刀的直径也不容易变小。但铰刀刃带较宽或积累宽度值过大时，会增加摩擦力矩和切削热，对孔壁的挤压比较严重，容易将孔径涨大，一般选择铰刀的刃带不超过0.25mm。7-是铰刀的倒锥量。磨倒锥量是为了避免铰刀校准部分后面摩擦孔壁。 （二）铰削用量。对铰孔而言，铰削用量是很重要的。它对铰削过程中的摩擦切削力，切削热以及切屑瘤的形成和加工精度、表面粗糙度都有极大的影响，因此一定要合理加以选择使用。1-是铰削余量。铰削余量不宜留得太大或太小。因为铰削余量留得太小，铰削时不易校正上道工序残留的变形和去掉表面残留的缺陷，使铰孔质量达不到要求。若所留的铰削余量太大，势必加大每一个刀齿的切削负荷，破坏了铰削过程中的稳定性，且增加了切削热，使铰刀的直径胀大，孔径也随之扩张，切屑的形成必然呈撕裂状态，造成加工表面粗糙。2-是机铰的切削速度和进给量。铰削速度和进给量要根据加工材料合理选择。进给量不能选得太小，太小时切削厚度可能小于切削刀齿的小圆半径。铰削余量、切削速度、进给量这三个要素是相互影响，当铰削余量较大时，切削速度，进给量就不能选得过高；反之，如果切削速度和进给量选取较小值时，则可适当提高切削速度。 当然，为了更好地控制铰孔加工质量，除了铰刀几何参数及铰削用量外，可在铰削过程中，采用合理的切削液来排屑和冷却。 三、铰孔失效模式分析及解决措施：常见现象产生原因解决措 施1、孔径增大，误差大1)铰刀外径尺寸设计值偏大或铰刀刃口有毛剌2)切削速度过高3)进给量不当或加工余量太大4)铰刀主偏角过大5)铰刀弯曲6)铰刀刃口上粘附着切屑瘤7)刃磨时铰刀刃口摆差超差8)切削液选择不合适9)安装铰刀时，锥柄表面油污未擦干净，或锥面有磕、碰伤10)锥柄的扁尾偏位，装入机床主轴后与锥柄圆锥干涉11)主轴弯曲或主轴轴承过松或损坏12)铰刀浮动不灵活，与工件不同轴13)手铰孔时两手用力不均匀，使铰刀左右晃动1）根据具体情况适当减小铰刀外径；将铰刀刃口毛剌修光2)降低切削速度3)适当调整进给量或减少加工余量4)适当减少主偏角5)校直或报废弯曲铰刀6)用油石仔细到合格7)控制摆差在允许范围内8)选择冷却性能较好的切削液9)安装铰刀前必须将铰刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦干净，锥面有磕、碰伤处用油石修光10)修磨铰刀偏尾11)调整或理换主轴轴承12)重新调整浮动卡头，并调整同轴度13)注意正确操作2、孔径小1)铰刀外径尺寸设计值偏小2)切削速度过低3)进给量过大4)铰刀主偏角过小5)切削液选择不合适6)铰刀已磨损，刃磨时磨损部分未磨去7)铰薄壁钢件时，铰完孔后内孔弹性恢复使孔径缩小8)铰料时，余量太大或铰刀不锋利，亦易产生弹性恢复，使孔径缩小9)内孔不圆，孔径不合格1)更改铰刀直径尺寸2适当提高切削速度3)适当降低进给量4)适当增大主偏角5)选择润滑性能较好的油性切削液6)定期更换铰刀，正确刃磨铰刀切削部分7)设计铰刀尺寸时应考虑此因素，或根据实际情况取值8)作试验性切削，取合适余量；将铰刀磨锋利9)见“内孔不圆”3、内孔不圆1)铰刀过长，刚性不足，铰削时产生振动2)铰刀主偏角过小3)铰刀刃带窄4)铰孔余量偏5)孔表面有缺口、交叉孔6)孔表面有砂眼、气孔7)主轴轴承松动，无导向套，或铰刀与导向套配合间隙过大8)由于薄壁工件夹得过紧，卸下后工件变形1)刚性不足的铰刀可采用不等分齿距的铰刀；铰刀的安装应采用刚性联接2)增大主偏角3)选用合格铰刀4)控制预加工工序孔位误差5)采用不等分齿距的铰刀；采用较长、较精密的导向套6)选用合格毛坯7)采用等齿距铰刀较精密的孔时，对机床主轴间隙与导向套的配合间隙应要求较高8)采用恰当的夹紧方法，减小夹紧力4、孔表面有明显的棱面1)铰孔余量过大2)铰刀切削部分后角过大3)铰刀刃带过宽4)工件表面有气孔砂眼5)主轴摆差大1)减小铰孔余量2)减小切削部分后角3)修磨刃带宽度4)选用合格毛坯5)调整机床主轴5、孔表面粗糙1)切削速度过高2)切削液选择不合适3)铰刀主偏角过大，铰刀刃口不等4)铰孔余量太大5)铰孔余量不均匀或太小，局部表面未铰到6)铰刀切削部分摆差超差，刃口不锋利，表面粗糙7)铰刀刃带过宽8)铰孔时排屑不良9)铰刀过度磨损10)铰刀碰伤，刃口留有毛剌或崩刃11)刃口有积屑瘤12)由于材料关系，不适用零度前角或负前角铰刀1)降低切削速度2)根据加工材料选择切削液3)适当减小主偏角，正确刃磨铰刀刃口4)适当减小铰孔余量5)提高铰孔前底孔位置精度与质量，增加铰孔余量6)选用合格铰刀7)修磨刃带宽度8)根据具体情况减少铰刀齿数，加大容屑空间；或采用带刃倾角铰刀，使排屑顺利9)定期更换铰刀，刃磨时把磨损区全部磨去10)铰刀在刃磨、使用及运输过程中应采取保护措施，避免磕、碰伤；对已碰伤的铰刀，应用特细的油石将磕、碰伤修好，或更换铰刀11)用油石修整到合格12)采用前角为510的铰刀6、铰刀寿命低1)铰刀材料不合适2)铰刀在刃磨时烧伤3)切削液选择不合适切削液未能顺利地流到切削处4)铰刀刃磨后表面粗糙度太高1)根据加工材料选择铰刀材料，可采用硬质合金铰刀或涂层铰刀2)严格控制刃磨切削用量，避免烧伤3)根据加工材料正确选择切削液；经常清除切屑槽内的切屑，用足够压力的切削液4)通过精磨或、研磨达到要求7、孔位置精度超差1)导向套磨损2)导向套底端距工件太远，导向套长度短，精度差3)主轴轴承松动1)定期更换导向套2)加长导向套，提高志向套与铰刀间的配合精度3)及时维修机床，调整主轴轴承间隙8、铰刀刀齿崩刃1)铰孔余量过大2)工件材料硬度过高3)切削刃摆差过大，切削载荷不均匀4)铰刀主偏角太小，使切削宽度增大5)铰深孔或盲孔时，切屑太多，又未及时清除6)刃磨时刃齿已磨裂1)修改预加工的孔径尺寸2)降低材料硬度，或改用负前角铰刀或硬质合金铰刀3)控制摆差在合格范围内4)加大主偏角5)注意及时清除切屑或采用带刃倾角铰刀6)注意刃磨质量9、铰刀柄部折断1)铰孔余量过大2)铰锥孔时，粗、精铰削余量分配及切削用量选择不合适3)铰刀刀齿容屑空间小，切屑堵塞1)修改预加工的孔径尺寸2)修改余量分配，合理选择切削用量3)减少铰刀齿数，加大容屑空间；或将齿间隔磨去一齿10、铰孔后孔的中心线不直1)铰孔前的钻孔不直，特别是孔径较小时，由于铰刀刚性较差，不能纠正原有的弯曲度2)铰刀主偏角过大，导向不良，使铰刀在铰削中容易偏差方向3)切削部分倒锥过大4