铰刀设计原则及铰孔失效模式分析

铰刀设计原则及铰孔失效模式分析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 6 0 8mm 之间甚至更好 下面简述一下铰刀的基础知识 一 一 铰刀直径及公差的确定原则 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 0 003 0 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 0 005 0 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 二 影响铰刀铰孔质量的主要因素 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 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 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 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 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 1 铰孔余量过大 2 铰刀切削部分后角过大 1 减小铰孔余量 2 减小切削部分后角 的棱面3 铰刀刃带过宽 4 工件表面有气孔砂眼 5 主轴摆差大 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 5 10 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 1 导向套磨损 2 导向套底端距工件太远 导向套 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 差长度短 精度差 3 主轴轴承松动 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