铰孔精度提升的关键：铰刀的制造和铰孔时的操作技巧

（一）铰削

铰削是对未淬硬孔进行精加工或半精加工的一种方法。铰孔时，由于加工余量小，切削厚度薄，切削速度低，铰刀刀齿数多，芯部直径大，导向性与刚性好，铰刀制造精确，加之排屑冷却润滑条件较好等，铰孔后孔的本身质量得到提高。孔径尺寸精度一般为IT7～IT9，手铰可达IT6，表面粗糙度Ra值可达1.6～0.4μm。

铰孔主要用于加工中小尺寸的孔，孔的直径范围一般为φ3～φ150mm。铰孔对于纠正孔的位置误差的能力很差，因此，孔的有关位置精度应有铰孔前的预加工工序保证。此外，铰孔不宜于加工短孔、深孔和断续孔。

铰孔时易出现孔径扩大和表面粗糙度值较大等缺陷，为了保证铰孔质量，应注意下列几个方面的问题：

1.正确选用和使用铰刀

（1）正确选择铰刀直径　铰刀直径的选择，首先要考虑孔的尺寸及公差，然后再结合工件材料、铰孔加工余量的大小以及切削液的使用情况等予以确定。

（2）注意铰刀的刀刃质量　为了保证铰孔后表面光洁，铰刀刃口应锋利光洁，没有缺口、裂纹、残留切屑和毛刺等。铰刀的棱边和前后面以及切削部分与校准部分交界处的过渡刃都要有较小的表面粗糙度值。

（3）正确安装铰刀　为了保证铰刀的中心线和被加工孔中心线一致，防止出现孔径扩大或喇叭口现象，生产中多采用“浮动夹头”装夹铰刀。

2.合理选择铰孔加工余量和切削规范

铰孔加工余量视孔径而定，在孔径为φ5～φ30mm时，通常粗铰加工余量为0.15～0.35mm，精铰加工余量为0.04～0.15mm，孔径较小或精度要求高的孔取较小值。加工余量大小对铰孔质量有一定影响；加工余量过小时，不能切除前工序加工的痕迹，同时由于刀齿不能连续切削而沿孔壁打滑使孔的表面精糙度值变大。加工余量太大时会因切削力大、发热多引起铰刀直径及振摆的增大，从而使孔径扩大。

合理选择切削用量，能减少铰孔的扩张量，表面粗糙度值变小。为防止切削区温度增高后产生刀瘤，表面粗糙度值变大，切削速度和进给量不能太大。高速钢铰刀铰孔速度一般低于5m/min。

铰孔的进给量也不能太小，因为进给量过小会使切屑太薄，以致刀刃不易切入金属而发生打滑和啃刮现象。这样，不仅使表面粗糙度值变大，还会引起振动，使孔径扩大和铰刀迅速磨损。

为提高铰孔精度，铰孔时最好是工件旋转，铰刀只作进给运动。在机床上铰孔时，为了消除铰孔轴线与机床主轴轴线的不同轴而引起铰孔时振动与孔的不应有的扩大，铰刀最好采用浮动装夹，并使铰刀在有精密导向的情况下进行工作。

3.正确选择切削液

铰孔时切削液对铰孔质量有显著影响。用高速钢铰刀铰削中碳钢时，使用的切削速度范围正好是积屑瘤生成的速度范围，必须采用较合适的切削液来消除积屑瘤，以降低表面粗糙度值。对于钢质零件的孔，一般多选择乳化液，对铸铁零件的孔，一般不加注切削液，为使表面粗糙度值变小，也可选用煤油。

（二）铰刀

铰刀一般可分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀多数用合金工具钢（9CrSi）或高速钢（W18Cr4V）制造，但也有用硬质合金制造的。机用铰刀又有带柄机用铰刀（直径在1～20mm为直柄，直径在10～32mm为锥柄）和套式机用铰刀（直径为25～80mm）。机用铰刀一般用高速钢制造，也有用硬质合金制造的。

1.铰刀的种类（见图3-49）

图3-49　铰刀的种类

a）直柄手用铰刀　b）可调铰刀　c）直柄机用铰刀　d）锥柄机用铰刀e）套式机用铰刀　f）硬质合金机用铰刀　g）圆锥铰刀

2.铰刀的组成

铰刀由工作部分、柄部和起连结作用的颈部所组成，如图3-50所示。工作部分包括起切削作用的切削部分和起校准、导向、修光作用的校准部分。其校准部分由圆柱与倒锥两部分组成。

图3-50　铰刀的组成

3.铰刀的结构参数

（1）直径公差　正确决定铰刀直径及其公差是个很重要的问题，它直接影响被铰孔的尺寸精度、铰刀的制造成本与使用寿命。铰刀的公称直径d0等于孔的公称直径D，确定铰刀直径公差时应考虑被铰孔的公差δD、铰削时孔的扩张量P或收缩量P'、铰刀的制造公差G和备磨量H。

一般情况下，铰后孔的直径会比铰刀直径稍大一些。孔径扩大的原因很多，如铰孔余量不均匀引起的颤动，机床主轴间隙过大，导向精度不高以及积屑瘤等。

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图3-51　铰刀直径公差的分布

图3-51为铰刀直径公差的分布情况。由图3-51a可见，若已知孔的公差，则可确定孔的上限尺寸Dmax和下限尺寸Dmin。如果制造出的铰刀直径大于铰刀的上限尺寸（即铰刀的最大直径），再加上铰孔时的最大扩张量，则铰出的孔的直径便大于孔的上限尺寸，造成孔的超差。因此，铰刀在制造时的极限尺寸应为

但是也可能出现铰后孔径比铰刀直径稍小的情况，这是由于工件材料产生弹性恢复而引起的，孔的收缩现象多发生在使用负前角硬质合金铰刀加工高强度钢、铰削薄壁零件以及铰刀已严重磨损仍继续使用等情况下，其公差分布如图3-51b所示。

（2）齿数　由于铰削余量小，容屑空间不需要很大，故标准铰刀可以取较多的齿数z，使工作平稳，导向性好，有利于提高孔的加工精度和减小表面粗糙度值。但如果齿数过多，会降低刀齿强度，并且在刃磨切削部分刀齿时，径向跳动较难保证。高速钢机用铰刀的齿数见表3-9。硬质合金铰刀的齿数比高速钢的少，见表3-10。

表3-9　高速钢铰刀齿数

表3-10　硬质合金铰刀齿数

为了测量方便，齿数一般取偶数。但对于小直径的铰刀，为了增大容屑空间以利排屑，可考虑取单齿，一般为3齿或5齿。

（3）铰刀的齿槽　铰刀的齿槽有直槽和螺旋槽两种。螺旋槽铰刀切削平稳，振动小，寿命长，铰孔质量高。当铰削轴向有键槽或孔壁长度方向不连续的孔时，采用螺旋槽铰刀比较适合。螺旋槽的方向要根据加工需要而定。例如，铰削不通孔时，为使切屑向柄部排出，应采用右旋铰刀，但右旋铰刀所受的轴向力与进给方向相同，有把铰刀推入的趋势，使铰刀产生自动进给而卡在孔中，因此使用右旋铰刀时，切削用量要小，使轴向分力小些；铰削通孔时，可采用左旋铰刀，铰刀装夹牢固，切屑向前排出，可防止切屑刮伤已加工表面。螺旋角β的大小根据工件材料性质确定。一般推荐数据见表3-11。

直槽铰刀由于制造简单，检验方便，如果制造质量符合要求，使用合理，一般也能满足加工要求，在生产中使用也较普遍。

表3-11　铰刀螺旋角

铰刀一般都采用简单的直槽齿背用标准角度铣刀铣出，如图3-52a所示。对于直径较大的铰刀，可采用圆弧齿背，如图3-52b所示。这种齿背可在不削弱刀齿强度的前提下，增大容屑空间，但需用成形铣刀铣出。硬质合金铰刀，应采用折线齿背，如图3-52c所示。这种齿背使硬质合金刀片有足够的刚性支承面，刀齿强度较好。小直径铰刀（d0＜3mm）的齿形一般为三角形或五边形，如图3-53所示。这种铰刀导向性好，切削刃强度高，但它的前角是负值，切削扭矩较大，切削过程实际上是一种挤压过程，因此铰出的孔粗糙度值较小。

图3-52　铰刀的齿背形式

4.铰刀切削部分几何角度

（1）切削锥角　它决定切屑形状及各切削分力的比值，并影响铰刀寿命和孔的表面粗糙度值。

对于机铰刀，切入时的导向由机床和夹具保证，切削锥角2κr可取大些。加工钢材和其他塑性材料时一般取κr=15°；加工铸铁等脆性材料时取κr=3°～5°；粗铰（因切削厚度较大）和铰不通孔时（为了增加孔的有效长度）取κr=45°。

图3-53　小直径铰刀的齿形

对于手铰刀，为了减小轴向力，减轻劳动强度，取κr=30′～1°30′；对于硬质合金铰刀，取κr=30°～45°。

（2）前角　铰孔时切屑很薄，切屑与前刀面接触长度短，前角γo的作用不显著，为了制造简单，常取γo=0°。粗铰韧性金属时，为减小切削力及避免积屑瘤，取前角γo=5°～10°。对硬质合金铰刀，为防止崩刃，取前角γo=0°～5°。

（3）后角　为使铰刀磨损后径向尺寸变化不致太大，故不能按切削厚度来选择铰刀后角αo，一般取αo=6°～8°。切削部分刀齿必须锋利，故不留刃带。校准部分切削刃上留有刃带，但宽度不宜过大，一般取bα=0.05～0.3mm。

图3-54　铰刀的刃倾角

（4）刃倾角　铰削塑性金属时，可将高速钢铰刀切削部分的刀齿，沿着与轴线倾斜15°～20°的方向磨去一块，形成刃倾角λs如图3-54所示。这样可以控制切屑排出方向，当λs较大时，为避免削弱刀齿，齿数应减少，以增加齿宽。

铰削不通孔时，使用刃倾角为10°～25°的铰刀，有利于减小孔的表面粗糙度。这种铰刀的前端应挖一沉头孔以容纳切屑，如图3-54所示。