影响铰孔质量因素的探讨

苗雅丽，姚亚平

（济源职业技术学院，济源 454650）

0 引言

铰孔是利用铰刀从已加工的孔壁切除薄层金属，以获得精确的孔径和几何形状以及较低的表面粗糙度的切削加工。铰孔一般在钻孔、扩孔或镗孔以后进行，用于加工精密的圆柱孔和锥孔，加工孔径范围一般为3～100毫米，可以获得IT9～IT7级尺寸精度，表面粗糙度值可以控制在Ra1.6～0.8µm之间。由于铰刀的切削刃长，铰削时各刀齿同时参加切削，生产效率高，在孔的精加工中应用较广。在实际加工中，常见的铰孔质量问题有表面粗糙度数值大和尺寸精度低等问题，现分析其影响因素和改进方法。

1 铰刀直径的偏差

铰刀的精度等级分为H7、H8、H9三级，其公差由铰刀专用公差确定，分别适用于铰削H7、H8、H9公差等级的孔。新的标准圆柱铰刀，一般都留有研磨量，待使用者按需要进行研磨，不经研磨的铰刀只可以铰削标准公差等级为H9、H10、H11级的孔。精度高于8级的孔，就需要研磨铰刀，研磨后铰刀直径偏差直接影响被加工孔的尺寸精度、铰刀制造成本和使用寿命。不同铰刀铰削不同材料时会出现铰孔扩张或收缩现象，如用高速钢铰刀铰孔时，一般情况下（薄壁件除外）由于刀齿径向跳动以及铰削用量和切削液等因素会使孔径大于铰刀直径，称为铰孔“扩张”； 用硬质合金铰刀铰孔时，由于刀刃钝圆半径挤压孔壁，则会使孔产生恢复而缩小，称为铰孔“收缩”[1]。故铰刀研磨的尺寸需要考虑扩张量或收缩量。另外铰刀磨钝后，刃磨也会减小铰刀的直径；铰刀的上下偏差则要考虑扩张量、收缩量，并留出必要的磨损公差。下图所示为考虑扩张量、收缩量铰刀直径及其偏差。

根据下图可以得出：若铰孔发生扩张现象，则铰刀的最大、最小极限尺寸分别为：domax=dwmax-Pmax domin=domax-G

若铰孔发生收缩现象，则铰刀的最大、最小极限尺寸分别为：

domax=dwmax+Pmin domin=domax-G

图1 铰刀直径极限尺寸的确定

国家标准规定：铰刀制造公差G＝0.35(Δ)。根据一般经验数据，高速钢铰刀可取Pmax＝0.15(Δ)；硬质合金铰刀铰孔后的收缩量往往因工件材料不同而不同，故常取Pmin＝0，或取 Pmin＝0.1(Δ)。Pmax及Pmin的可靠确定办法是由实验测定[1]。

另外根据实践经验，铰刀直径偏差可以用下面估算法确定。

假设被加工零件孔的上偏差和下偏差分别为ES和EI，而铰刀直径的上偏差和下偏差分别为es和ei。

则：es=2/3(ES-EI)+EI ei=es-1/4(ES-EI)

新铰刀或因磨损需要研磨的铰刀，可以根据上述方法确定出合适的铰刀直径偏差；若孔的精度要求较高可以先试铰，根据试铰情况来修正计算出的公差带，再刃磨铰刀，投入使用。

2 铰刀的几何角度

2.1 前角

由于铰削的余量较小，切削仅在刀尖处进行，与刀齿的前倾面很少接触，故精加工时前角可以为零，但在粗铰塑性韧性较大的材料时，为避免切屑粘滞在刀刃上，前角应取大一些γ0=5°～10°，为了改善铰削表面粗糙度，可以减小前角甚至可以取负前角，但要注意避免切屑粘着现象。

2.2 后角

后角有校准刃后角αp和切削刃后角α0，由于铰削时切屑厚度很薄，铰刀磨损主要发生在后面，后角值应较大。但考虑到铰削刃的坚固性和铰刀重磨后径向尺寸的变化不能过大，故后角也不可过大，一般硬质合金铰刀取α0=6°～10°，αp=10°～15°；一般精加工用的手工铰刀后角α0=3°～5°。前角和后角确定下来后，铰刀修光部分刃带的宽度可以根据铰孔直径和后角大小，查下表确定[1]。

2.3 主偏角

偏角Kr的大小主要影响铰孔的表面粗糙度、精度和轴向力，通常机用铰钢铰刀的κr=12°～15°，机用铰铸铁钢铰刀的κr=3°～5°，手用铰刀的κr=30'～1°30'。

在实际铰孔中需要根据具体情况合理选择铰刀的角度。如在铝铸材料铰孔时，由于铰削力小，铰刀的强度可偏低，切削部分前后角均可取10°，不留刃带；校准部分前角取5°。后角取8°，留0.2-0.4mm宽刃带，以便宽刃带对孔壁产生挤压，提高表面质量。铰较小孔时，可以采用五边形无刃铰刀，铰刀修光刃部分刃带宽度f=0. 1mm，精铰，内孔表面粗糙度值可以达到Ra0.4以上[2]。

3 铰刀的齿数

铰刀的齿数影响铰孔精度、表面粗糙度、容屑空间和刀齿强度。其值一般按铰刀直径和工件材料确定。铰刀直径较大时，可取较多齿数；加工韧性材料时，齿数应取少些；根据经验可以用公式来确定铰刀的齿数，其中D为铰刀的直径。加工脆性材料时，齿数可取多些；也可根据经验可以用公式来确定铰刀的齿数。为了便于测量铰刀直径，齿数应取偶数。在常用直径do=8～40mm范围内，一般取齿数z＝4～8个。

4 铰削用量

铰削用量包括铰削余量、机铰时的切削速度和进给量。铰削用量选择得是否正确，对铰孔的精度、表面粗糙度、铰刀寿命、生产效率都有直接影响。

4.1 铰削余量

铰削余量不宜太小或太大，太小时不能把上道工序遗留下的加工痕迹全部切除，影响铰削的表面粗糙度；铰削余量太大时，会破坏铰削过程中的稳定性，影响铰孔的质量。一般粗铰时单边铰削余量为0.2～0.6mm，精铰时单边铰削余量为0.05～0.2mm，余量不能大于0.3mm，否则表面粗糙度很差。故余量过大时可采取粗铰和精铰分开，以保证技术要求。

4.2 机铰时的切削速度和进给量

实践表明铰孔表面的粗糙度Ra值几乎和切削速度成正比，所以一般取低速铰削。进给量不能太小或太大，如选择太大，铰刀磨损快，容易产生积屑瘤而影响铰削质量；如选择太小会导致径向摩擦力的增大，引起铰刀颤动，使孔的表面变粗糙。当用硬质合金铰刀加工直径小于100mm铸铁时，通常取切削速度为8～15m/min，进给量在0.5～3mm/r左右；使用普通的高速钢铰刀铰铸铁孔，切削速度不应超过10m/min，进给量在0.8mm/r左右；当用硬质合金铰刀加工直径小于100mm钢孔时，通常取切削速度为8～15m/min，进给量在0.3～2mm/r左右；使用普通的高速钢铰刀铰钢孔时，切削速度不应超过8m/min，进给量在0.4mm/r左右。铰刀直径越大，刀具强度和刚性越好，进给量可取较大。具体机铰时的切削速度和进给量应根据工件材料、铰刀材料、被铰孔的直接查表确定合适值。

5 切削液的使用

不同的金属材料其力学性能和工艺性能存在一定的差异性，铰孔时须根据加工对象的不同性能特点，选择使用合适的切削液。铰削中碳钢和合金钢时，铰孔低速或要求较低时，宜选浓度大的乳化液；铰孔中速或要求较高时，宜选用乳化液与菜油的混合液，增加润滑性。铰孔要求更高时，可以选用菜油、柴油或猪油。铰削铸铁孔时，不加切削液，润滑效果也不明显，如能一孔重复铰削两遍，可减小工件的表面粗糙度值，使工件表面粗糙度值减小到Ra1.6mm左右。铰削黄铜时，由于黄铜由铜和锌元素组成，工业中一般采用的黄铜含锌量不超过45%，故其特点是塑性好、强度高以及切削加工性好，加工时一般用粘度较大的菜油。铰削铸造铝合金时，由于此类合金的塑性差、强度低且脆性大，加工时表面粗糙度值大，铰削时加煤油或30%煤油与70%菜油的混合油能减小工件的表面粗糙度值[4]。

6 底孔的精度

底孔的精度过低，就不容易较高的铰孔精度。如底孔轴线偏斜，通过铰孔难以校正，底孔表面粗糙，加工痕迹较深，铰孔也难以清除，以致影响孔的表面粗糙度。所以精度要求较高的孔，应该通过粗铰减小底孔的误差和粗糙度来保证铰孔质量。

此外在铰削工作前应注意铰刀的性能和缺陷，用于铰削工作的铰刀的不得有裂纹、锈迹、烧伤及崩刃等现象。在实际铰削操作中应根据厂商所提供的参数范围进行铰削。可以先试铰，根据试铰情况来修正计算出的公差带金属加工网版权所有，再刃磨铰刀，投入使用。

铰孔质量影响因素是很多的，在实际生产中应充分考虑各因素对铰孔质量的影响，选择最佳参数以确保铰孔质量。

[1] 钱昌明.王庆东.钳工工作禁忌实例[M].北京:机械工业出版社,2006:89-102.

[2] 曲贵龙.降低手工铰孔表面粗糙度的方法[J].机械制造,2003,7.

[3] 卢建湘.铰刀直径尺寸的确定[J].煤矿机械,2007,8.

[4] 颜银花.铰孔时如何正确选用切削液[J].机械工人(冷加工),2007,5.