内孔表面加工方法和加工方案
本帖最后由 hwr102102 于 2010-5-7 09:03 编辑内孔表面加工方法较多，常用的有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔、拉孔、研磨孔、珩磨孔、滚压孔等。 一、钻孔 用钻头在工件实体部位加工孔称为钻孔。钻孔属粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11，表面粗糙度值为Ra50~12.5μm。由于麻花钻长度较长，钻芯直径小而刚性差，又有横刃的影响，故钻孔有以下工艺特点： 1．钻头容易偏斜。由于横刃的影响定心不准，切入时钻头容易引偏；且钻头的刚性和导向作用较差，切削时钻头容易弯曲。在钻床上钻孔时，如图7-2a所示，容易引起孔的轴线偏移和不直，但孔径无显著变化；在车床上钻孔时，如图7－2b 所示，容易引起孔径的变化，但孔的轴线仍然是直的。因此，在钻孔前应先加工端面，并用钻头或中心钻预钻一个锥坑，如图7－3所示，以便钻头定心。钻小孔和深孔时，为了避免孔的轴线偏移和不直，应尽可能采用工件回转方式进行钻孔。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165237.gif
2．孔径容易扩大。钻削时钻头两切削刃径向力不等将引起孔径扩大；卧式车床钻孔时的切入引偏也是孔径扩大的重要原因；此外钻头的径向跳动等也是造成孔径扩大的原因。 3．孔的表面质量较差。钻削切屑较宽，在孔内被迫卷为螺旋状，流出时与孔壁发生摩擦而刮伤已加工表面。 4．钻削时轴向力大。这主要是由钻头的横刃引起的。试验表明，钻孔时50%的轴向力和15%的扭矩是由横刃产生的。因此，当钻孔直径d﹥30mm时，一般分两次进行钻削。第一次钻出(0.5~0.7)d，第二次钻到所需的孔径。由于横刃第二次不参加切削，故可采用较大的进给量，使孔的表面质量和生产率均得到提高。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165257.gif
二、扩孔 扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度值。扩孔可达到的尺寸公差等级为IT11~IT10, 表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm，属于孔的半精加工方法，常作铰削前的预加工，也可作为精度不高的孔的终加工。 扩孔方法如图7－4所示，扩孔余量（D-d），可由表查阅，。扩孔钻的形式随直径不同而不同。直径为Φ10~Φ32的为锥柄扩孔钻，如图7－5a所示。直径Φ25~Φ80的为套式扩孔钻，如图7－5b所示。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165319.gifhttp://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165338.gif 扩孔钻的结构与麻花钻相比有以下特点： 1．刚性较好。由于扩孔的背吃刀量小，切屑少，扩孔钻的容屑槽浅而窄，钻芯直径较大，增加了扩孔钻工作部分的刚性。 2．导向性好。扩孔钻有3~4个刀齿，刀具周边的棱边数增多，导向作用相对增强。 3．切屑条件较好。扩孔钻无横刃参加切削，切削轻快，可采用较大的进给量，生产率较高；又因切屑少，排屑顺利，不易刮伤已加工表面。 因此扩孔与钻孔相比，加工精度高，表面粗糙度值较低，且可在一定程度上校正钻孔的轴线误差。此外，适用于扩孔的机床与钻孔相同。 三、铰孔 铰孔是在半精加工（扩孔或半精镗）的基础上对孔进行的一种精加工方法。铰孔的尺寸公差等级可达IT9~IT6，表面粗糙度值可达Ra3.2~0.2μm。 铰孔的方式有机铰和手铰两种。在机床上进行铰削称为机铰，如图7－6所示；用手工进行铰削的称为手铰，如图7－7所示。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165520.gif http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165546.gifhttp://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/20088216569.gif 铰刀一般分为机用铰刀和手用铰刀两种形式。如图7－8所示。
机用铰刀可分为带柄的（直径1~20mm为直柄，直径10~32mm为锥柄，如图7－8a、b、c所示）和套式的（直径25~80mm,如图7－8f所示）。手用铰刀可分为整体式（如图7－8d所示）和可调式（如图7－8e所示）两种。铰削不仅可以用来加工圆柱形孔，也可用锥度铰刀加工圆锥形孔（如图7－8g、h所示）。 1.铰削方式 铰削的余量很小，若余量过大，则切削温度高，会使铰刀直径膨胀导致孔径扩大，使切屑增多而擦伤孔的表面；若余量过小，则会留下原孔的刀痕而影响表面粗糙度。一般粗铰余量为0.15~0.25mm，精铰余量为0.05~0.15mm。铰削应采用低切削速度，以免产生积屑瘤和引起振动，一般粗铰unsaved:///gs7_9/01_07_02_01_clip_image002.gif=4~10m/min, 精铰unsaved:///gs7_9/01_07_02_01_clip_image002.gif =1.5~5m/min。机铰的进给量可比钻孔时高3~4倍，一般可0.5~1.5mm/r。为了散热以及冲排屑末、减小摩擦、抑制振动和降低表面粗糙度值，铰削时应选用合适的切削液。铰削钢件常用磨削液，铰削铸铁件可用煤油。 如图7－9a所示，在车床上铰孔，若装在尾架套筒中的铰刀轴线与工件回转轴线发生偏移，则会引起孔径扩大。如图7－9b所示，在钻床上铰孔，若铰刀轴线与原孔的轴线发生偏移，也会引起孔的形状误差。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165724.gif 机用铰刀与机床常用浮动联接，以防止铰削时孔径扩大或产生孔的形状误差。铰刀与机床主轴浮动联接所用的浮动夹头如图7－10所示。浮动夹头的锥柄1安装在机床的锥孔中，铰刀锥柄安装在锥套2中，挡钉3用于承受轴向力，销钉4可传递扭矩。由于锥套2的尾部与大孔、销钉4与小孔间均有较大间隙，所以铰刀处于浮动状态。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165737.gif 2.铰削的工艺特点 （1）铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度，而取决于铰刀的精度、铰刀的安装方式、加工余量、切削用量和切削液等条件。例如在相同的条件下，在钻床上铰孔和在车床上铰孔所获得的精度和表面粗糙度基本一致。 （2）铰刀为定径的精加工刀具，铰孔比精镗孔容易保证尺寸精度和形状精度，生产率也较高，对于小孔和细长孔更是如此。但由于铰削余量小，铰刀常为浮动联接，故不能校正原孔的轴线偏斜，孔与其它表面的位置精度则需由前工序或后工序来保证。 （3）铰孔的适应性较差。一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等级的孔，如需提高孔径的公差等级，则需对铰刀进行研磨。铰削的孔径一般小于Φ80mm，常用的在Φ40mm以下。对于阶梯孔和盲孔则铰削的工艺性较差。 四、镗孔、车孔 镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工。可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔是常用的孔加工方法之一，可分为粗镗、半精镗和精镗。粗镗的尺寸公差等级为IT13~IT12，表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm；半精镗的尺寸公差等级为IT10~IT9，表面粗糙度值为Ra6.3~3.2μm；精镗的尺寸公差等级为IT8~IT7，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8μm。 1．车床车孔车床车孔如图7－11所示。车不通孔或具有直角台阶的孔（图7—11b），车刀可先做纵向进给运动，切至孔的末端时车刀改做横向进给运动，再加工内端面。这样可使内端面与孔壁良好衔接。车削内孔凹槽（图7—11d），将车刀伸入孔内，先做横向进刀，切至所需的深度后再做纵向进给运动。 http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882165747.gif 车床上车孔是工件旋转、车刀移动，孔径大小可由车刀的切深量和走刀次数予以控制，操作较为方便。 车床车孔多用于加工盘套类和小型支架类零件的孔。
七、孔的精密加工 1．精细镗孔 精细镗与镗孔方法基本相同，由于最初是使用金刚石作镗刀，所以又称金刚镗。这种方法常用于材料为有色金属合金和铸铁的套筒零件孔的终加工，或作为珩磨和滚压前的预加工。精细镗孔可获得精度高和表面质量好的孔，其加工的经济精度为IT7~IT6，表面粗糙度值为Ra0.4~0.05μm。 目前普遍采用硬质合金YT30、YT15、YG3X或人工合成金刚石和立方氮化硼作为精细镗刀具的材料。为了达到高精度与较小的表面粗糙度值，减少切削变形对加工质量的影响，采用回转精度高、刚度大的金刚镗床，并选择切削速度较高（切钢为200m/min；切铸铁为100m/min；切铝合金为300m/min），加工余量较小（约0.2~0.3mm），进给量较小（0.03~0.08mm/r），以保证其加工质量。精细镗孔的尺寸控制，采用微调镗刀头，图7－27所示的是一种带游标刻度盘的微调镗刀，刀杆4上夹有可转位刀片5，刀杆4上有精密的小螺距螺纹，刻度盘3的螺母与刀杆4组成精密的丝杠螺母副。微调时，半松开夹紧螺钉7，转动刻度盘3，因刀杆4用键9导向，因此刀杆只能作直线移动，从而实现微调，最后将夹紧螺钉锁紧。这种微调镗刀的刻度值可达0.0025mm。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882162157.gif
2．珩磨 珩磨是用油石条进行孔加工的一种高效率的光整加工方法，需要在磨削或精镗的基础上进行。珩磨的加工精度高，珩磨后尺寸公差等级为IT7~IT6，表面粗糙度值为Ra0.2~0.05μm。 珩磨的应用范围很广，可加工铸铁件、淬硬和不淬硬的钢件以及青铜等，但不宜加工易堵塞油石的塑性金属。珩磨加工的孔径为Φ5~Φ500mm，也可加工L/D＞10的深孔，因此广泛应用于加工发动机的汽缸、液压装置的油缸以及各种炮筒的孔。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882162450.gif 珩磨是低速大面积接触的磨削加工，与磨削原理基本相同。珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的油石条组成的珩磨头。珩磨时，珩磨头的油石有三种运动：旋转运动、往复直线运动和施加压力的径向运动，如图7－28a所示。旋转和往复直线运动是珩磨的主要运动，这两种运动的组合，使油石上的磨粒在孔的内表面上的切削轨迹成交叉而不重复的网纹，如图7－28b所示。径向加压运动是油石的进给运动，施加压力愈大，进给量就愈大。 在珩磨时，油石与孔壁的接触面积较大，参加切削的磨粒很多，因而加在每颗磨粒上的切削力很小（磨粒的垂直载荷仅为磨削的1/50~1/100），珩磨的切削速度较低（一般在100m/min以下，仅为普通磨削的1/30~1/100），在珩磨过程中又施加大量的冷却液，所以在珩磨过程中发热少，孔的表面不易烧伤，而且加工变形层极薄，从而被加工孔可获得很高的尺寸精度、形状精度和表面质量。 为使油石能与孔表面均匀地接触，能切去小而均匀的加工余量，珩磨头相对工件有小量的浮动，珩磨头与机床主轴是浮动连接，因此珩磨不能修正孔的位置精度和孔的直线度，孔的位置精度和孔的直线度应在珩磨前的工序给予保证。
3．研磨 研磨也是孔常用的一种光整加工方法，需在精镗、精铰或精磨后进行。研磨后孔的尺寸公差等级可提高到IT6~IT5，表面粗糙度值为Ra0.1~0.008μm，孔的圆度和圆柱度亦相应提高。 研磨孔所用的研具材料、研磨剂、研磨余量等均与研磨外圆类似。 套筒零件孔的研磨方法如图7－29所示。图中的研具为可调式研磨棒，由锥度心棒和研套组成。拧动两端的螺母，即可在一定范围内调整直径的大小。研套上的槽和缺口，为在调整时研套能均匀地张开或收缩，并可存贮研磨剂。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/20088216250.gif
研磨前，套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力，即可进行研磨。研磨时，研磨棒旋转，手握工件往复移动。 固定式研磨棒多用于单件生产。其中带槽研磨棒（如图7－30a）便于存贮研磨剂，用于粗研；光滑研磨棒（如图7－30b）一般用于精研。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882162510.gif 壳体或缸筒类零件的大孔，需要研磨时可在钻床或改装的简易设备上进行，由研磨棒同时做旋转运动和轴向移动，但研磨棒与机床主轴需成浮动连接。否则当研磨棒轴线与孔轴线发生偏斜时，将产生孔的形状误差。 4．滚压 孔的滚压加工原理与滚压外圆相同。由于滚压加工效率高，近年来多采用滚压工艺来代替珩磨工艺，效果较好。孔径滚压后尺寸精度在0.01mm以内，表面粗糙度值为Ra0.16μm或更小，表面硬化耐磨，生产效率比珩磨提高数倍。 滚压对铸件的质量有很大的敏感性，如铸件的硬度不均匀、表面疏松、含气孔和砂眼等缺陷，对滚压有很大影响。因此，对铸件油缸不可采用滚压工艺而是选用珩磨。对于淬硬套筒的孔精加工，也不宜采用滚压。 图7－31所示为一加工液压缸的滚压头，滚压头表面的圆锥形滚柱3支承在锥套5上，滚压时圆锥形滚柱与工件有0.5°~1°的斜角，使工件能逐渐弹性恢复，避免工件孔壁的表面变粗糙。http://www.c-cnc.com/news/file/2008-8/200882162527.gif 孔滚压前，通过调节螺母11调整滚压头的径向尺寸，旋转调节螺母可使其相对心轴1沿轴向移动，向左移动时，推动过渡套10、推力轴承9、衬套8及套圈6经销子4，使圆锥形滚柱3沿锥套的表面向左移，结果使滚压头的径向尺寸缩小。当调节螺母向右移动时，由压缩弹簧7压移衬套，经推力轴承使过渡套始终紧贴在调节螺母的左端面，当衬套右移时，带动套圈，经盖板2使圆锥形滚柱也沿轴向右移，使滚压头的径向尺寸增大。滚压头径向尺寸应根据孔滚压过盈量确定，通常钢材的滚压过盈量为0.1~0.12mm，滚压后孔径增大0.02~0.03mm。 径向尺寸调整好的滚压头，在滚压加工过程中圆锥形滚柱所受的轴向力经销子、套圈、衬套作用在推力轴承上，最终经过渡套、调节螺母及心轴传至与滚压头右端M40×4螺纹相连的刀杆上。滚压完毕后，滚压头从孔反向退出时，圆锥形滚柱受一向左的轴向力，此力传给盖板2经套圈、衬套将压缩弹簧压缩，实现向左移动，使滚压头直径缩小，保证滚压头从孔中退出时不碰坏已滚压好的孔壁。滚压头从孔中退出后，在弹簧力作用下复位，使径向尺寸又恢复到原调数值。 滚压用量：通常选用滚压速度v=60~80m/min；进给量f=0.25~0.35mm/r；切削液采用50﹪硫化油加50﹪柴油或煤油。 八、孔加工方案及其选择 以上介绍了孔加工的常用加工方法、原理以及可达到的精度和表面粗糙度。但要达到孔表面的设计要求，一般只用一种加工方法是达不到的，而是往往要由几种加工方法顺序组合，即选用合理的加工方案。表3-15所示为孔的加工方案。选择加工方案时应考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求以及生产条件等。 例如表3-15中序号5“钻－扩－铰”和序号8“钻－扩－拉”两种加工方案能达到的技术要求基本相同，但序号8所示的加工方案应该在大批大量生产中采用较为合理。再如序号11“粗镗（扩）－半精镗（精扩）－精镗（铰）”和序号13“粗镗（扩）－半精镗－磨孔”两种加工方案达到的技术要求也基本相同，但如果内孔表面经淬火后只能用磨孔方案（即序号13），而材料为有色金属时以采用序号11所示方案为宜，如未经淬硬的工件则两种方案均能采用，这时可根据生产现场设备等情况来决定加工方案。又如序号16中所示了三种加工方案，如为大批大量生产则可选择“钻－（扩）－拉－珩磨”的方案，如孔径较小则可选择“钻－（扩）－粗铰－精铰－珩磨”的方案，如孔径较大时则可选择“粗镗－半精镗－精镗－珩磨”的加工方案。 {:smile:}
学习了，谢谢。
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