铰刀加工示例中的重要角度及注意事项

1.高速拉铰小直径孔

被加工工件如图3-214所示，材料为渗碳淬火钢，铰削过程中，铰刀圆周进给并作纵向进给。

（1）车床的改装和所用装置 拉铰加工可在中型车床上进行，如图3-215所示。除需要制造一套如图3-216所示的装夹拉铰刀的刀柄夹持装置，以及防止切削液飞溅的自定心卡盘防护罩外，车床的其他部分不需要进行改装。

加工前，先以工件的粗加工孔为基准，将作为定位装夹用的ϕ32mm外径和轴肩在磨床上按工艺要求磨光，用卡盘夹住工件的ϕ32mm外径。图3-216中的拉铰刀接杆3与刀柄夹体4连接，它们之间采用H8/f7的间隙配合。刀柄夹体4的前端孔内和后端平面上各设置有一只弹性橡胶圈2，它在铰孔过程中起着微量自动调整铰刀位置的作用，并可防止切削液泄漏。

图3-214 小直径孔工件

工作时，切削液通过管接头5输入，沿拉铰刀接杆3的中心孔进入铰刀体，并从铰刀体上的三个小孔流出，分别流至三条切削刃，以冷却润滑铰刀和冲刷切屑。油液和切屑受防护罩的阻挡，掉入车床存油盘，经分离后油液回到储油箱内。为了不使油液经主轴孔后端流出而引起飞溅，应预先堵塞主轴锥孔。

（2）拉铰刀的特点和几何参数 整把硬质合金拉铰刀由刀齿和刀柄焊接而成，如图3-217所示，硬质合金刀齿材料选用YW1，刀体采用40Cr钢，热处理后硬度为40HRC。铰刀与接杆之间采用齿高为0.5mm、齿距为4mm的双线矩形螺纹和ϕ9h6的圆柱定心连接（图3-218）。这样既便于制造及修磨铰刀，又能保证两者有较高的同轴度。

图3-215 在车床上拉铰小直径孔

1—车床 2—工件 3—防护罩 4—存屑盘 5—拉铰刀 6—刀柄夹 7—输油管 8—储油箱 9—油泵 10—回油管

图3-216 车孔刀刀柄夹持装置

1—车床刀架 2—橡胶圈 3—拉铰刀接杆 4—刀柄夹体 5—管接头 6—螺母 7—定位销

图3-217 硬质合金拉铰刀

接杆采用45钢调质制造，其外径比铰刀的外径小0.6～0.8mm，中心油孔比铰刀体三只小孔的直径大2～2.5mm；导柱孔、内螺纹孔和接杆外径三者间的同轴度误差应小于0.02mm。

图3-218 铰刀和接杆的连接方法

1）硬质合金拉铰刀对淬火钢工件高速拉铰后，由于多方面因素的影响，工件的孔径往往会产生收缩，使铰后孔径小于铰刀的直径尺寸。一般来说，最小收缩量约为0.02mm。因此，确定铰刀直径时可参考下式

D_max=L_max+S_min （3-10）

式中 D_max──铰刀的最大直径（mm）；

L_max──被加工孔的上极限尺寸（mm）；

S_min──孔的最小收缩量（mm）。

制造时，铰刀最大直径的实际值可比名义最大直径值（即D_max）略小一些。

2）由于该例铰刀的齿数取三齿，因此，主偏角κ_r对铰刀能否平稳地进入被加工孔的影响尤为重要。实践表明，κ_r取12°～15°时铰削效果较好。若κ_r＜5°，则铰刀进入孔时会出现一些振动；若κ_r＞20°，又容易崩刃，而且铰出的孔表面质量也差些。(www.xing528.com)

此外，铰削淬火钢工件时，铰刀切削刃与校准刃连接处的磨损特别严重，所以必须增加一个长度为1.5～2mm、相对于轴线斜度为1°30′～2°的过渡刃，使铰刀磨损最严重的部位迁移到切削刃锥体和过渡刃的连接处，这样能有效提高被加工表面的质量及刀具的使用寿命。

3）用于加工渗碳淬火钢工件的拉铰刀，其后角α_o不宜过大，否则容易引起崩刃。一般切削部分后角取α_o=6°～8°，校准部分后角取α_o1=10°～12°，过渡刃后角取α_o1=2°～3°；并要求磨出双重后角，其值为各对应后角加大4°～6°。

4）对于强度大、硬度高的淬火钢工件，可在铰刀的切削部分制出刃倾角。有了刃倾角，铰刀在铰削过程中就比较平稳，切屑能从铰刀前方顺利排出，不再挤塞在容屑槽中，避免划伤孔壁并减小扩张量。该示例铰刀的刃倾角可选10°～15°。

制成的铰刀，其所有切削刃和校准刃相对于轴线的圆跳动量应小于0.001mm。

（3）切削用量的确定 铰削该淬火钢工件时，切削速度对孔表面质量的影响较大。铰该工件时的切削速度为v_c=37.7m/min。当工艺系统的刚性差时，切削速度应适当降低。

由于渗碳淬火钢的表面硬度较高，过小的进给量会加剧切削刃的磨损，所以进给量取f=0.12～0.17mm/r。

（4）铰削余量的选择 铰削余量的大小对铰孔质量、铰刀寿命和生产率都有影响。加工余量不能选得太大或太小，如果加工余量过大，则铰孔时的切削力大，切屑不容易切离工件，撕裂时会使孔壁留下高低不平的痕迹，同时切屑容易挤塞在刀具齿槽内，从而使铰孔表面粗糙度值增大；余量选得过小，则前道工序留下的粗加工痕迹在精铰时不能完全消除。

淬火钢的铰削余量应比未淬火钢小些，但不能太小。当单面铰削量a_p≤0.04mm时，将很难消除前道工序遗留下来的粗加工痕迹。一般当单面铰削量a_p=0.09～0.15mm时，经一次铰削就可使表面粗糙度值达到Ra1.6μm以下。

（5）切削液的使用 拉铰孔是在铰刀处于半封闭状态下进行的，因此排屑困难，刀具与切屑和工件摩擦所产生的切削热不能及时得到扩散。对于渗碳淬火钢工件，应选用高效切削液，以尽量减少切削过程中的摩擦热，改善降温条件。本示例可选用极压乳化油加水稀释，配制成浓度为15%～20%的极压乳化液。在切削过程中，油液中的硫、磷、氯等化合物迅速进入高温切削区与金属表面发生化学反应，形成牢固的化学膜，从而可显著地起到润滑、减摩和冷却作用。

极压乳化液与普通乳化液相比，不但能明显地改善切削效果，而且可使刀具的使用寿命提高1.2～1.6倍。采用豆油、菜油或植物油与矿物油的复合油，同样可以保证工件的加工质量，但成本较高。

（6）拉铰孔的操作提示 拉铰本示例工件时，还应注意以下几点：

1）要严格控制被铰削工件上预加工孔的质量，如果有较为严重的失圆问题，则很难在拉铰中得到纠正。应在铰刀入口的孔端预先倒角，以作为铰刀进入的导向。

2）刀柄夹体安装时必须经过找正，使拉铰刀接杆安装孔的中心与主轴回转中心的偏差，以及两者轴线的平行度误差均小于0.02mm。调整完毕后，须将车床小滑板和刀柄夹体紧固好，以免在加工过程中产生移位。

3）工件定位夹紧后，内孔对车床主轴的径向圆跳动应在0.03mm以内。

4）工作时，应先起动油泵，然后转动工件，再使铰刀进给切削。

5）切削过程中，当发现铰刀切削刃产生积屑瘤时，应及时用磨石轻轻修去积屑瘤后再使用。

2.铰削精密较小孔

该示例工件的孔径为ϕ12mm×100mm，研磨后，工件小孔的圆度、锥度和直线度均应小于0.005mm，表面粗糙度值为Ra0.1μm。

铰削该工件精密孔时使用硬质合金单刃铰刀，它由刀片、导向块和刀体等组成，如图3-219所示。刀片和两块导向块均采用硬质合金制成，导向块按断面图所示嵌入45钢刀体上，用粘结剂固定成一体后，再经精磨外径至精确尺寸。

该单刃铰刀的前角为0°，容屑槽角θ取120°左右，后角α_o取10°左右。为制造时便于控制铰刀的直径尺寸，圆柱校准部分留有一条宽度为0.10mm的圆柱形刃带，刃带必须光滑无缺陷。圆柱部分在全长上应有0.005～0.010mm的倒锥量，其切削部分可分为两段，并有两个偏角。第一段是β_o=15°的主切削刃，主要用于粗铰；第二段是γ_o=3°的过渡刃，起微量切削的修光作用。过渡刃长度是一个重要参数，长度过大，会使切削量加大而难以起修光作用；长度过小，又会使主切削在已加工表面上留下的刀痕修光不良，该示例中，过渡刃长度宜取0.6mm左右。

单刃铰刀属于刚性铰孔刀具，加工中，两导向块进入工件已加工孔径段，与工件形成无间隙的紧密接触，其刚性很大，导向块在铰削中除控制进给方向的直线性外，还对孔壁表面有挤光作用。所以，中间段较长的刀柄在具有适当柔性的条件下，应存在一定的浮动性，使外界的不利因素不易对加工产生干扰，这样才能适应该精密较小孔的加工。

该示例工件的加工工艺是车削→调质处理→外圆磨削→钻孔和扩孔→车孔→使用硬质合金单刃铰刀铰孔。

铰孔时，将硬质合金单刃铰刀插入车床尾座套筒内，切削刃应采用如图3-219中断面图所示的装刀方位，这样有利于切削下来的铰屑随着冲刷的切削液及时排出。使用该铰刀的切削用量为：转速取16r/min，进给量取0.8mm/r，孔径双边的铰削余量为0.25mm左右。切削液选用乳化剂，由车床原水泵供给。铰削过程中，饺刀作连续的向前进给，不能中途退刀；切削液由刀尾向前供给，铰屑被不断地向未铰部位推排出去，从而有效地避免了因铰屑夹在其中而引起的拉丝拉毛现象。工件孔铰削完成后，应停机退出铰刀，以防止损坏铰刀切削刃和孔径表面。

图3-219 铰削精密孔的硬质合金单刃铰刀