钻孔、扩孔和铰孔技术优化

图11-39　孔加工时的运动

1—主运动；2—进给运动

各种零件上的孔加工，除一部分用车、镗、铣等机床完成外，很大一部分是由钳工利用各种钻床和钻孔工具完成的。钳工加工孔的方法一般包括钻孔、扩孔和铰孔。钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法。钻孔的加工精度较低，公差等级一般在IT14～IT11 之间，表面粗糙度Ra 为25～12.5 μm。

一般情况下，孔加工都应同时完成两个运动，即主运动和进给运动，如图11-39 所示。主运动，即刀具绕轴线的旋转运动（箭头方向1）；进给运动，即刀具沿轴线方向的直线运动（箭头方向2）。

1.钻孔设备

常用的孔加工设备有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床三种。

（1）台式钻床

台式钻床简称台钻，是一种小型钻床，如图11-40 所示。台钻小巧灵活，使用方便，通常安装在钳台上，用来钻削12 mm 以下的小孔，最小可以加工小于1 mm 的孔，是仪表制造、钳工装配和修理工作中的常用设备。由于加工孔径较小，台钻的主轴转速一般较高，最高转速接近10 000 r/min。主轴的转速可通过改变三角带在带轮上的位置来调节。台钻的主轴进给为手动进给。

（2）立式钻床

图11-40　台式钻床

1—机座；2—工作台锁紧手柄；3—立柱；4—电动机；5—锁紧手柄；6—进给手柄；7—工作台

立式钻床简称立钻，是钻床中应用最普遍的一种，如图11-41 所示。它有多种不同的型号，可用来加工各种尺寸的孔。这类钻床的最大钻孔直径有25 mm、35 mm、40 mm、50 mm 等几种，其规格用最大钻孔直径表示。立钻主要由主轴、主轴变速箱、立柱工作台和机座等组成。电动机的运动通过主轴变速箱使主轴获得需要的各种转速。主轴变速箱与车床的变速箱相似，钻小孔时转速应高些，钻大孔时转速应低些。主轴的向下进给既可手动也可自动。

在立钻上加工一个孔后，再钻下一个孔时，需移动工件，使钻头对准下一个孔的中心，而一些较大的工件移动起来比较麻烦，因此立钻适用于加工中小型工件。

（3）摇臂钻床

摇臂钻床自动化程度较高，使用范围广，是一种高精度的大型钻床，如图11-42 所示。它有一个能绕立柱旋转的摇臂，摇臂可带着主轴箱沿立柱垂直移动，同时主轴箱还能在摇臂上做横向移动。由于摇臂钻床结构上的这些特点，操作时能很方便地调整刀具的位置，以对准被加工孔的中心，而不需要移动工件来进行加工，因此，摇臂钻床适用于一些笨重的大工件以及多孔工件的加工，这比在立钻上加工方便很多。它广泛应用于单件和成批生产中。

图11-41　立式钻床

1—机座；2—进给手柄；3—立柱；4—电动机；5—主轴变速箱；6—进给箱；7—主轴；8—工作台

图11-42　摇臂钻床

1—机座；2—工作台；3—主轴；4—摇臂；5—主轴箱；6—立柱

另外手电钻也是钳工常用的孔加工设备，其操作简单，使用灵活，常用在不便用钻床加工的地方。

2.麻花钻头

（1）麻花钻头的组成

麻花钻头是钻孔用的主要刀具，常用高速钢制造，工作部分热处理淬硬至62～65 HRC。它由柄部、颈部及工作部分组成，如图11-43 所示。

图11-43　麻花钻头的组成

（a）锥柄；（b）直柄；（c）切削部分；（d）钻心

柄部是钻头的夹持部分，起传递动力的作用，有直柄和锥柄两种。一般钻头直径小于或等于13 mm 的制成直柄，直径大于13 mm 的制成锥柄。直柄传递扭矩较小；锥柄顶部是扁尾，起传递扭矩作用，可传递较大的扭矩。

颈部是在制造钻头时砂轮磨削退刀用的，钻头直径、材料、厂标等一般也刻在颈部。

工作部分包括导向部分与切削部分。

导向部分有两条狭长螺旋形的、高出齿背0.5～1 mm 的棱边（刃带），起导向作用。它的直径前大后小，略有倒锥度，每100 mm 长度上减少0.03～0.12 mm，可以减少钻头与孔壁间的摩擦。导向部分经铣、磨或轧制形成两条对称的螺旋槽，用以排除切屑和输送切削液。

麻花钻的切削部分担负着主要切削工作，由两个刀瓣组成，每个刀瓣相当于一把车刀。因此，麻花钻有两条对称的主切削刃，两条主切削刃在与其平行平面上投影的夹角称为顶角。标准麻花钻的顶角为118°。两主切削刃中间由横刃相连，这是其他刀具上所没有的。钻削时作用在横刃上的轴向力和摩擦力都很大，这是影响钻孔精度和生产率的主要因素。

（2）麻花钻头的安装

直柄麻花钻一般用钻夹头装夹，如图11-44 所示。钻夹头的锥柄安装在钻床的主轴锥孔中，麻花钻的直柄装夹在钻夹头三个能自动定中心的夹爪中。

锥柄麻花钻一般用过渡套筒安装，如图11-45 所示。如用一个过渡套仍无法与主轴孔配合，还可用两个或两个以上套筒作过渡连接。套筒上端接近扁尾处的长方形横孔是卸钻头时打入楔铁用的，若钻头尺寸合适，也可直接安装在钻床主轴的锥孔中。

图11-44　钻夹头的组成

图11-45　锥柄麻花钻的安装

3.工件的安装

小型工件通常用虎钳或平口钳装夹，较大的工件可用压板螺栓直接安装在工作台上，对于圆柱形工件上的钻孔可安放在V 形铁上进行，如图11-46 所示。

图11-46　工件的安装方法

（a）虎钳装夹；（b）压板螺栓装夹；（c）V 形铁装夹

4.钻孔方法

（1）切削用量的选择

钻孔切削用量是指钻头的切削速度、进给量和切削深度的总称。切削用量越大，单位时间内切除量越多，生产效率越高。但切削用量受到钻床功率、钻头强度、钻头耐用度、工件精度等许多因素的限制，不能任意提高。

钻孔时选择切削用量的基本原则是：在允许范围内，尽量先选较大的进给量，当进给量受孔表面粗糙度和钻头刚度的限制时，再考虑较大的切削速度。

（2）按划线位置钻孔

工件上的孔径圆和检查圆均需打上样冲眼作为加工界线，中心眼应打大一些。钻孔时先用钻头在孔的中心锪一小窝（占孔径的1/4 左右），检查小窝与所划圆是否同心。如稍偏离，可用样冲将中心冲大矫正或移动工件矫正，如图11-47 所示。若偏离较多，可逐渐将偏斜部分矫正过来。(www.xing528.com)

图11-47　用样冲矫正钻偏的孔

（3）钻通孔

在孔将被钻透时，进给量要减少，变自动进给为手动进给，避免钻头在钻穿的瞬间抖动，出现“啃刀”现象，影响加工质量，损坏钻头，甚至发生事故。

（4）钻盲孔（不通孔）

要注意掌握钻孔深度，以免将孔钻深出现质量事故。控制钻孔深度的方法有：调整好钻床上的深度标尺挡块；采用长度量具或用粉笔做标记。

（5）钻大孔

直径（D）超过30 mm 的孔应分两次钻。第一次用（0.5～0.7）D 的钻头先钻，然后再用所需直径的钻头将孔扩大到所要求的直径。分两次钻削，既有利于钻头的使用（负荷分担），也有利于提高钻孔质量。

（6）钻削时的冷却润滑

钻削钢件时，为降低表面粗糙度多使用机油作冷却润滑液（切削液），为提高生产效率则多使用乳化液；钻削铝件时，多用乳化液、煤油；钻削铸铁件则用煤油。

（7）钻孔操作要点

钻孔时，选择转速和进给量的方法如下。

1）用小钻头钻孔时，转速可快些，进给量要小些。

2）用大钻头钻孔时，转速要慢些，进给量适当大些。

3）钻硬材料时，转速要慢些，进给量要小些。

4）钻软材料时，转速要快些，进给量要大些。

5）用小钻头钻硬材料时可以适当减慢速度。

钻孔时手进给的压力根据钻头的工作情况，以目测或根据感觉进行控制。

5.扩孔

扩孔是指用扩孔工具将工件上原来的孔径扩大的加工方法，以提高孔的加工精度、降低表面粗糙度。扩孔属于半精加工，其尺寸公差等级可达IT10～IT9，表面粗糙度Ra 值可达6.3～3.2 μm。

常用的扩孔方法有麻花钻扩孔和扩孔钻扩孔两种。

1）用麻花钻扩孔时，由于钻头横刃不参与切削，轴向切削力小，故进给省力。但因钻头外缘处前角较大，容易把钻头从锥套中拉出，所以应把钻头外缘处的前角磨得小一些，并适当控制进给量。

2）用扩孔钻对工件扩孔时，生产效率高，加工质量好，常用作半精加工及铰孔前的预加工，如图11-48 所示。

6.铰孔

铰孔（见图11-49（b））是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高孔加工质量的方法。铰孔属于孔的精加工方法之一，尺寸精度可达IT7，表面粗糙度Ra 值可达32～0.8 μm，但铰孔不能修正孔的位置误差。

图11-48　扩孔钻扩孔

铰刀的结构如图11-49（a）所示，分手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀为直柄，柄尾有方头，工作部分较长，刀齿数较多，用于手工铰孔。机用铰刀多为锥柄，装在钻床、镗床主轴或车床尾座轴上进行铰孔，但一般应采用浮动连接。

图11-49　铰刀的结构

（a）铰刀；（b）铰孔

铰刀相当于直槽扩孔钻，通常有6～12 个刀齿，导向性好，刚性好，铰孔余量小，因此切削热小，加工时铰刀和工件的受力、受热变形小，加之有较长的修光刃起校准孔径和修光孔壁的作用，故铰孔质量远远超过扩孔。

铰孔注意事项主要有下列几个。

1）合理选择铰孔余量。铰削余量太大，孔铰不光，铰刀易磨损；余量太小，不能纠正上一工序留下的加工误差，达不到铰孔的要求。

2）铰孔时要选用合适的切削液进行润滑和冷却。铰钢件一般用乳化液，铰铸铁件一般用煤油。

3）机铰时要选择较低的切削速度和较大的进给量。

4）铰孔时，铰刀在孔中绝对不能倒转，否则铰刀和孔壁之间易挤住切屑，造成孔壁划伤。机铰时，要在铰刀退出孔后再停车，否则孔壁有拉毛痕迹。铰通孔时，铰刀修光部分不可全部露出孔外，否则出口处会被划伤。