•  內孔表面加工方法較多,常用的有鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、磨孔、拉孔、研磨孔、珩磨孔、滾壓孔等。
    一、鉆孔
    用鉆頭在工件實體部位加工孔稱為鉆孔。鉆孔屬粗加工,可達到的尺寸公差等級為IT13~IT11,表面粗糙度值為Ra50~12.5μm。鉆孔有以下工藝特點:
    1.鉆頭容易偏斜。在鉆床上鉆孔時,容易引起孔的軸線偏移和不直,但孔徑無顯著變化;在車床上鉆孔時,容易引起孔徑的變化,但孔的軸線仍然是直的。因此,在鉆孔前應先加工端面,并用鉆頭或中心鉆預鉆一個錐坑,以便鉆頭定心。鉆小孔和深孔時,為了避免孔的軸線偏移和不直,應盡可能采用工件回轉方式進行鉆孔。
    2.孔徑容易擴大。鉆削時鉆頭兩切削刃徑向力不等將引起孔徑擴大;臥式車床鉆孔時的切入引偏也是孔徑擴大的重要原因;此外鉆頭的徑向跳動等也是造成孔徑擴大的原因。
    3.孔的表面質量較差。鉆削切屑較寬,在孔內被迫卷為螺旋狀,流出時與孔壁發生摩擦而刮傷已加工表面。
    4.鉆削時軸向力大。這主要是由鉆頭的橫刃引起的。因此,當鉆孔直徑d﹥30mm時,一般分兩次進行鉆削。第一次鉆出(0.5~0.7)d,第二次鉆到所需的孔徑。由于橫刃第二次不參加切削,故可采用較大的進給量,使孔的表面質量和生產率均得到提高。

    二、擴孔
    擴孔是用擴孔鉆對已鉆出的孔做進一步加工,以擴大孔徑并提高精度和降低表面粗糙度值。擴孔可達到的尺寸公差等級為IT11~IT10, 表面粗糙度值為Ra12.5~6.3μm,屬于孔的半精加工方法,常作鉸削前的預加工,也可作為精度不高的孔的終加工。
    擴孔方法如圖7-4所示,擴孔余量(D-d),可由表查閱。擴孔鉆的形式隨直徑不同而不同。直徑為Φ10~Φ32的為錐柄擴孔鉆,如圖7-5a所示。直徑Φ25~Φ80的為套式擴孔鉆,如圖7-5b所示。

    擴孔鉆的結構與麻花鉆相比有以下特點:
    1.剛性較好。由于擴孔的背吃刀量小,切屑少,擴孔鉆的容屑槽淺而窄,鉆芯直徑較大,增加了擴孔鉆工作部分的剛性。
    2.導向性好。擴孔鉆有3~4個刀齒,刀具周邊的棱邊數增多,導向作用相對增強。
    3.切屑條件較好。擴孔鉆無橫刃參加切削,切削輕快,可采用較大的進給量,生產率較高;又因切屑少,排屑順利,不易刮傷已加工表面。
    因此擴孔與鉆孔相比,加工精度高,表面粗糙度值較低,且可在一定程度上校正鉆孔的軸線誤差。此外,適用于擴孔的機床與鉆孔相同。
    三、鉸孔
    鉸孔是在半精加工(擴孔或半精鏜)的基礎上對孔進行的一種精加工方法。鉸孔的尺寸公差等級可達IT9~IT6,表面粗糙度值可達Ra3.2~0.2μm。
    鉸孔的方式有機鉸和手鉸兩種。

    鉸刀一般分為機用鉸刀和手用鉸刀兩種形式。如圖7-8所示。
    機用鉸刀可分為帶柄的(直徑1~20mm為直柄,直徑10~32mm為錐柄,如圖7-8a、b、c所示)和套式的(直徑25~80mm,如圖7-8f所示)。手用鉸刀可分為整體式(如圖7-8d所示)和可調式(如圖7-8e所示)兩種。鉸削不僅可以用來加工圓柱形孔,也可用錐度鉸刀加工圓錐形孔(如圖7-8g、h所示)。
    1.鉸削方式
    鉸削的余量很小,若余量過大,則切削溫度高,會使鉸刀直徑膨脹導致孔徑擴大,使切屑增多而擦傷孔的表面;若余量過小,則會留下原孔的刀痕而影響表面粗糙度。一般粗鉸余量為0.15~0.25mm,精鉸余量為0.05~0.15mm。鉸削應采用低切削速度,以免產生積屑瘤和引起振動,一般粗鉸 f=4~10m/min, 精鉸 f=1.5~5m/min。機鉸的進給量可比鉆孔時高3~4倍,一般可0.5~1.5mm/r。為了散熱以及沖排屑末、減小摩擦、抑制振動和降低表面粗糙度值,鉸削時應選用合適的切削液。鉸削鋼件常用乳化液,鉸削鑄鐵件可用煤油。
    如圖7-9a所示,在車床上鉸孔,若裝在尾架套筒中的鉸刀軸線與工件回轉軸線發生偏移,則會引起孔徑擴大。如圖7-9b所示,在鉆床上鉸孔,若鉸刀軸線與原孔的軸線發生偏移,也會引起孔的形狀誤差。

    機用鉸刀與機床常用浮動聯接,以防止鉸削時孔徑擴大或產生孔的形狀誤差。鉸刀與機床主軸浮動聯接所用的浮動夾頭如圖7-10所示。浮動夾頭的錐柄1安裝在機床的錐孔中,鉸刀錐柄安裝在錐套2中,擋釘3用于承受軸向力,銷釘4可傳遞扭矩。由于錐套2的尾部與大孔、銷釘4與小孔間均有較大間隙,所以鉸刀處于浮動狀態。

    2.鉸削的工藝特點
    (1)鉸孔的精度和表面粗糙度主要不取決于機床的精度,而取決于鉸刀的精度、鉸刀的安裝方式、加工余量、切削用量和切削液等條件。例如在相同的條件下,在鉆床上鉸孔和在車床上鉸孔所獲得的精度和表面粗糙度基本一致。
    (2)鉸刀為定徑的精加工刀具,鉸孔比精鏜孔容易保證尺寸精度和形狀精度,生產率也較高,對于小孔和細長孔更是如此。但由于鉸削余量小,鉸刀常為浮動聯接,故不能校正原孔的軸線偏斜,孔與其它表面的位置精度則需由前工序或后工序來保證。
    (3)鉸孔的適應性較差。一定直徑的鉸刀只能加工一種直徑和尺寸公差等級的孔,如需提高孔徑的公差等級,則需對鉸刀進行研磨。鉸削的孔徑一般小于Φ80mm,常用的在Φ40mm以下。對于階梯孔和盲孔則鉸削的工藝性較差。
    四、鏜孔、車孔
    鏜孔是用鏜刀對已鉆出、鑄出或鍛出的孔做進一步的加工。可在車床、鏜床或銑床上進行。鏜孔是常用的孔加工方法之一,可分為粗鏜、半精鏜和精鏜。粗鏜的尺寸公差等級為IT13~IT12,表面粗糙度值為Ra12.5~6.3μm;半精鏜的尺寸公差等級為IT10~IT9,表面粗糙度值為Ra6.3~3.2μm;精鏜的尺寸公差等級為IT8~IT7,表面粗糙度值為Ra1.6~0.8μm。
    1.車床車孔
    車床車孔如圖7-11所示。車不通孔或具有直角臺階的孔(圖7—11b),車刀可先做縱向進給運動,切至孔的末端時車刀改做橫向進給運動,再加工內端面。這樣可使內端面與孔壁良好銜接。車削內孔凹槽(圖7—11d),將車刀伸入孔內,先做橫向進刀,切至所需的深度后再做縱向進給運動。

    車床上車孔是工件旋轉、車刀移動,孔徑大小可由車刀的切深量和走刀次數予以控制,操作較為方便。
    車床車孔多用于加工盤套類和小型支架類零件的孔。
    2.鏜床鏜孔
    鏜床鏜孔主要有以下三種方式:
    (1)鏜床主軸帶動刀桿和鏜刀旋轉,工作臺帶動工件做縱向進給運動,如圖7-12所示。這種方式鏜削的孔徑一般小于120mm左右。圖7-12a所示為懸伸式刀桿,不宜伸出過長,以免彎曲變形過大,一般用以鏜削深度較小的孔。圖7-12b所示的刀桿較長,用以鏜削箱體兩壁相距較遠的同軸孔系。為了增加刀桿剛性,其刀桿另一端支承在鏜床后立柱的導套座里。

    (2)鏜床主軸帶動刀桿和鏜刀旋轉,并做縱向進給運動,如圖7-13所示。這種方式主軸懸伸的長度不斷增大,剛性隨之減弱,一般只用來鏜削長度較短的孔。

    (3)鏜床平旋盤帶動鏜刀旋轉,工作臺帶動工件做縱向進給運動。
    上述兩種鏜削方式,孔徑的尺寸和公差要由調整刀頭伸出的長度來保證,如圖7-14所示。需要進行調整、試鏜和測量,孔徑合格后方能正式鏜削,其操作技術要求較高。
    圖7-15所示的鏜床平旋盤可隨主軸箱上、下移動,自身又能做旋轉運動。其中部的徑向刀架可做徑向進給運動,也可處于所需的任一位置上。

    如圖7-16a所示,利用徑向刀架使鏜刀處于偏心位置,即可鏜削大孔。Φ200mm以上的孔多用這種鏜削方式,但孔不宜過長。圖7-16b為鏜削內槽,平旋盤帶動鏜刀旋轉,徑向刀架帶動鏜刀做連續的徑向進給運動。若將刀尖伸出刀桿端部,亦可鏜削孔的端面。
    鏜床主要用于鏜削大中型支架或箱體的支承孔、內槽和孔的端面;鏜床也可用來鉆孔、擴孔、鉸孔、銑槽和銑平面。
    3.銑床鏜孔
    在臥式銑床上鏜孔與圖7-12a所示的方式相同,鏜刀桿裝在臥式銑床的主軸錐孔內做旋轉運動,工件安裝在工作臺上做橫向進給運動。
    4.浮動鏜削
    如上所述,車床、鏜床和銑床鏜孔多用單刃鏜刀。在成批或大量生產時,對于孔徑大(>Φ80mm)、孔深長、精度高的孔,均可用浮動鏜刀進行精加工。
    可調節的浮動鏜刀塊如圖7-17所示。調節時,松開兩個螺釘2,擰動螺釘3以調節刀塊1的徑向位置,使之符合所鏜孔的直徑和公差。浮動鏜刀在車床上車削工件如圖7-18所示。工作時刀桿固定在四方刀架上,浮動鏜刀塊裝在刀桿的長方孔中,依靠兩刃徑向切削力的平衡而自動定心,從而可以消除因刀塊在刀桿上的安裝誤差所引起的孔徑誤差。

    浮動鏜削實質上相當于鉸削,其加工余量以及可達到的尺寸精度和表面粗糙度值均與鉸削類似。浮動鏜削的優點是易于穩定地保證加工質量,操作簡單,生產率高。但不能校正原孔的位置誤差,因此孔的位置精度應在前面的工序中得到保證。
    5.鏜削的工藝特點
    單刃鏜刀鏜削具有以下特點:
    (1)鏜削的適應性強。鏜削可在鉆孔、鑄出孔和鍛出孔的基礎上進行。可達的尺寸公差等級和表面粗糙度值的范圍較廣;除直徑很小且較深的孔以外,各種直徑和各種結構類型的孔幾乎均可鏜削,如表7-1所示。
    (2)鏜削可有效地校正原孔的位置誤差,但由于鏜桿直徑受孔徑的限制,一般其剛性較差,易彎曲和振動,故鏜削質量的控制(特別是細長孔)不如鉸削方便。
    (3)鏜削的生產率低。因為鏜削需用較小的切深和進給量進行多次走刀以減小刀桿的彎曲變形,且在鏜床和銑床上鏜孔需調整鏜刀在刀桿上的徑向位置,故操作復雜、費時。
    (4)鏜削廣泛應用于單件小批生產中各類零件的孔加工。在大批量生產中,鏜削支架和箱體的軸承孔,需用鏜模。

    五、拉孔
    拉孔是一種高效率的精加工方法。除拉削圓孔外,還可拉削各種截面形狀的通孔及內鍵槽,如圖7-19所示。拉削圓孔可達的尺寸公差等級為IT9~IT7,表面粗糙度值為Ra1.6~0.4μm。

    1.拉削可看作是按高低順序排列的多把刨刀進行的刨削,如圖7-20所示。圓孔拉刀的結構如圖7-21所示,其各部分的作用如下:
    柄部 是拉床刀夾夾住拉刀的部位。
    頸部 直徑最小,當拉削力過大時,一般在此斷裂,便于焊接修復。
    過渡錐 引導拉刀進入被加工的孔中。
    前導部分 保證工件平穩過渡到切削部分,同時可檢查拉前的孔徑是否過小,以免第一個刀齒負載過大而被損壞。
    切削部分 包括粗切齒和精切齒,承擔主要的切削工作。
    校準部分 為校準齒,其作用是校正孔徑,修光孔壁。當切削齒刃磨后直徑減小時,前幾個校準齒則依次磨成切削齒。
    后導部分 在拉刀刀齒切離工件時,防止工件下垂刮傷已加工表面和損壞刀齒。
    臥式拉床如圖7-22所示。床身內裝有液壓驅動油缸,活塞拉桿的右端裝有隨動支架和刀夾,用以支承和夾持拉刀。工作前,拉刀支持在滾輪和拉刀尾部支架上,工件由拉刀左端穿入。當刀夾夾持拉刀向左作直線移動時,工件貼靠在“支撐”上,拉刀即可完成切削加工。拉刀的直線移動為主運動,進給運動是靠拉刀的每齒升高量來完成的。

    (1)拉削圓孔如圖7-23所示。拉削的孔徑一般為8~125mm,孔的長徑比一般不超過5。拉前一般不需要精確的預加工,鉆削或粗鏜后即可拉削。若工件端面與孔軸線不垂直,則將端面貼靠在拉床的球面墊圈上,在拉削力的作用下,工件連同球面墊圈一起略為轉動,使孔的軸線自動調節到與拉刀軸線方向一致,可避免拉刀折斷。
    (2)拉削內鍵槽如圖7-24a所示。鍵槽拉刀呈扁平狀,上部為刀齒。工件與拉刀的正確位置由導向元件來保證。拉刀導向元件(圖7-24b)的圓柱1插入拉床端部孔內,圓柱2用以安放工件,槽3安放拉刀。

    2.拉削的工藝特點
    (1)拉削時拉刀多齒同時工作,在一次行程中完成粗精加工,因此生產率高。
    (2)拉刀為定尺寸刀具,且有校準齒進行校準和修光;拉床采用液壓系統,傳動平穩,拉削速度很低(=2~8m/min),切削厚度薄,不會產生積屑瘤,因此拉削可獲得較高的加工質量。
    (3)拉刀制造復雜,成本昂貴,一把拉刀只適用于一種規格尺寸的孔或鍵槽,因此拉削主要用于大批大量生產或定型產品的成批生產。
    (4)拉削不能加工臺階孔和盲孔。由于拉床的工作特點,某些復雜零件的孔也不宜進行拉削,例如箱體上的孔。
    六、磨孔
    磨孔是孔的精加工方法之一,可達到的尺寸公差等級為IT8~IT6,表面粗糙度值為Ra0.8~0.4μm。
    磨孔可在內圓磨床或萬能外圓磨床上進行,如圖7-25所示。使用端部具有內凹錐面的砂輪可在一次裝夾中磨削孔和孔內臺肩面,如圖7-26所示。
    磨孔和磨外圓相比有以下不利的方面:
    (1)磨孔的表面粗糙度值一般比外圓磨削略大,因為常用的內圓磨頭其轉速一般不超過20000r/min,而砂輪的直徑小,其圓周速度很難達到外圓磨削的35~50m/s。
    (2)磨削精度的控制不如外圓磨削方便。因為砂輪與工件的接觸面積大,發熱量大,冷卻條件差,工件易燒傷;特別是砂輪軸細長、剛性差,容易產生彎曲變形而造成內圓錐形誤差。因此,需要減小磨削深度,增加光磨行程次數。
    (3)生產率較低。因為砂輪直徑小,磨損快;且冷卻液不容易沖走屑末,砂輪容易堵塞,需要經常修整或更換,使輔助時間增加。此外磨削深度減少和光磨次數的增加,也必然影響生產率。因此磨孔主要用于不宜或無法進行鏜削、鉸削和拉削的高精度孔以及淬硬孔的精加工。

    七、孔的精密加工
    1.精細鏜孔
    精細鏜與鏜孔方法基本相同,由于最初是使用金剛石作鏜刀,所以又稱金剛鏜。這種方法常用于材料為有色金屬合金和鑄鐵的套筒零件孔的終加工,或作為珩磨和滾壓前的預加工。精細鏜孔可獲得精度高和表面質量好的孔,其加工的經濟精度為IT7~IT6,表面粗糙度值為Ra0.4~0.05μm。
    目前普遍采用硬質合金YT30、YT15、YG3X或人工合成金剛石和立方氮化硼作為精細鏜刀具的材料。為了達到高精度與較小的表面粗糙度值,減少切削變形對加工質量的影響,采用回轉精度高、剛度大的金剛鏜床,并選擇切削速度較高(切鋼為200m/min;切鑄鐵為100m/min;切鋁合金為300m/min),加工余量較小(約0.2~0.3mm),進給量較小(0.03~0.08mm/r),以保證其加工質量。精細鏜孔的尺寸控制,采用微調鏜刀頭,圖7-27所示的是一種帶游標刻度盤的微調鏜刀,刀桿4上夾有可轉位刀片5,刀桿4上有精密的小螺距螺紋,刻度盤3的螺母與刀桿4組成精密的絲杠螺母副。微調時,半松開夾緊螺釘7,轉動刻度盤3,因刀桿4用鍵9導向,因此刀桿只能作直線移動,從而實現微調,最后將夾緊螺釘鎖緊。這種微調鏜刀的刻度值可達0.0025mm。

    2.珩磨
    珩磨是用油石條進行孔加工的一種高效率的光整加工方法,需要在磨削或精鏜的基礎上進行。珩磨的加工精度高,珩磨后尺寸公差等級為IT7~IT6,表面粗糙度值為Ra0.2~0.05μm。
    珩磨的應用范圍很廣,可加工鑄鐵件、淬硬和不淬硬的鋼件以及青銅等,但不宜加工易堵塞油石的塑性金屬。珩磨加工的孔徑為Φ5~Φ500mm,也可加工L/D>10的深孔,因此廣泛應用于加工發動機的汽缸、液壓裝置的油缸以及各種炮筒的孔。

    珩磨是低速大面積接觸的磨削加工,與磨削原理基本相同。珩磨所用的磨具是由幾根粒度很細的油石條組成的珩磨頭。珩磨時,珩磨頭的油石有三種運動:旋轉運動、往復直線運動和施加壓力的徑向運動,如圖7-28a所示。旋轉和往復直線運動是珩磨的主要運動,這兩種運動的組合,使油石上的磨粒在孔的內表面上的切削軌跡成交叉而不重復的網紋,如圖7-28b所示。徑向加壓運動是油石的進給運動,施加壓力愈大,進給量就愈大。
    在珩磨時,油石與孔壁的接觸面積較大,參加切削的磨粒很多,因而加在每顆磨粒上的切削力很小(磨粒的垂直載荷僅為磨削的1/50~1/100),珩磨的切削速度較低(一般在100m/min以下,僅為普通磨削的1/30~1/100),在珩磨過程中又施加大量的冷卻液,所以在珩磨過程中發熱少,孔的表面不易燒傷,而且加工變形層極薄,從而被加工孔可獲得很高的尺寸精度、形狀精度和表面質量。
    為使油石能與孔表面均勻地接觸,能切去小而均勻的加工余量,珩磨頭相對工件有小量的浮動,珩磨頭與機床主軸是浮動連接,因此珩磨不能修正孔的位置精度和孔的直線度,孔的位置精度和孔的直線度應在珩磨前的工序給予保證。
    3.研磨
    研磨也是孔常用的一種光整加工方法,需在精鏜、精鉸或精磨后進行。研磨后孔的尺寸公差等級可提高到IT6~IT5,表面粗糙度值為Ra0.1~0.008μm,孔的圓度和圓柱度亦相應提高。
    研磨孔所用的研具材料、研磨劑、研磨余量等均與研磨外圓類似。
    套筒零件孔的研磨方法如圖7-29所示。圖中的研具為可調式研磨棒,由錐度心棒和研套組成。擰動兩端的螺母,即可在一定范圍內調整直徑的大小。研套上的槽和缺口,為在調整時研套能均勻地張開或收縮,并可存貯研磨劑。

    固定式研磨棒多用于單件生產。其中帶槽研磨棒(如圖7-30a)便于存貯研磨劑,用于粗研;光滑研磨棒(如圖7-30b)一般用于精研。
    研磨前,套上工件,將研磨棒安裝在車床上,涂上研磨劑,調整研磨棒直徑使其對工件有適當的壓力,即可進行研磨。研磨時,研磨棒旋轉,手握工件往復移動。

    殼體或缸筒類零件的大孔,需要研磨時可在鉆床或改裝的簡易設備上進行,由研磨棒同時做旋轉運動和軸向移動,但研磨棒與機床主軸需成浮動連接。否則當研磨棒軸線與孔軸線發生偏斜時,將產生孔的形狀誤差。
    八 滾壓內孔
    滾壓加工零件實際壓入量很小,且是靠零件加工表面自身定位進行加工,故能降低零件的表面粗糙度,提高尺寸精度,但零件的形狀偏差不會有明顯改善,所以零件滾壓加工后的精度主要決定于零件滾壓前預加工(車削)的精度,表面粗糙度。滾壓加工是無屑加工,無發熱現象,完工尺寸即成形尺寸,加工尺寸容易控制。滾壓加工零件表面層產生殘余壓應力和冷硬化,可提高零件疲勞強度,生產效率高。但需制作滾壓工具。
    滾壓加工的表面質量對工件的使用性能有以下影響:
    ①對耐磨性的影響。表面粗糙度對摩擦副的初期磨損影響很大,但并不是粗糙度越小越耐磨。在一定工作條件下,摩擦副表面總是存在一個最佳的參數值,約為 0.32~1.25,μm。
    ②對疲勞強度的影響。在交變載荷的作用下,工件表面的凹凸不平和缺陷容易引起應力集中而產生疲勞裂紋,導致疲勞破壞。對于一些承受交變載荷的重要零件,如曲軸的曲拐與軸頸交界處,要進行光整加工,以減小其表面粗糙度,提高疲勞強度。
    ③對耐腐蝕性的影響。工件表面越粗糙,越容易積聚腐蝕性物質;凹谷越深,滲透與腐蝕作用越強烈。因此,減小零件表面粗糙度值,可以提高零件的耐腐蝕性能。
    ④對配合性質的影響.粗糙的配合表面,會在配合件磨損后增大配合間隙,改變配合性質,降低配合精度和剛度,影響運行的平穩性和可靠性。因此對有配合要求的表面,必須限定較小的表面粗糙度參數值。
    滾壓輔助加工技術是伴隨機械加工的發展而逐漸發展起來的新型加工技術 。表面滾壓加工方法是一種輔助表面改性方法,該方法具有彈性壓力小、摩擦力小、表面粗糙度 Ra值進一步降低、表面硬度顯著提高以及表面耐磨性增加等優點,因而受到越來越多技術人員的關注和青睞。
    對于一種新的加工技術,技術人員更關注材料通過該技術能得到的優良性能,而對于工藝參數的選擇及其對加工質量的影響卻少有涉及。表面滾壓加工技術中,主軸轉速、軸向進給、加工次數、靜壓力和潤滑等加工參數的選擇直接決定了最終的表面狀態.

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