箱体铰孔加工孔表面粗糙度问题的解析及措施

胡建成

（天水星火机械制造有限责任公司，甘肃天水741020）

1 工艺分析和加工方法

1.1 工艺分析

溜板箱体是普通车床三箱之一，其材质为HT200，属于脆性材料一类，切削性能好，价格低廉，有较好的吸振性等优点。但箱体结构复杂，孔系繁多，孔径大小不一，孔深尺度大，壁薄而不均匀、不连续，而且各孔的表面粗糙度精度要求高，均在Ra1.6μm以上。根据箱体图纸上不同的孔表面质量的要求，选择相应合理的加工方法，是获取降低铰孔表面粗糙度值的有效措施。

1.2 合理选择铰削工艺加工方法

（1）单排单孔的铰孔加工

对于此类孔，由于前序已经在组合机床上粗镗、半精镗完序，孔的相互位置尺寸已经确定，根据车间实际工艺装备情况，选择固定铰孔的方法较为适用。因为溜板箱体生产批量较大，属于重复长期批量生产的类型，因此，选用硬质合金铰刀为宜。这是因为，铰削铸铁件时，切屑成不规则的碎粒状，很少形成积屑溜。高速钢的铰削速度为2-6m/min，而采用硬质合金铰刀，铰削速度可以提高到8-10m/min。故选择整体式硬质合金铰刀，固定铰削为宜。

（2）双排双孔相同孔径的铰削加工

对于上、下两孔直径一样大，两孔径均为φ32H7，见铰孔加工示意图A-I轴线图所示。且在同一轴心线上的两孔。因两孔之间的距离只有137mm，两壁厚均为26mm，由于两孔壁薄，两孔的间距小，可选择后导向式整体硬质合金复合铰刀。即一把铰刀，铰两孔，先铰上孔，完工后，由上孔铰刀杆上的固定导向起支承导向作用，再铰下孔的加工方法更为适宜。

（3）双排双孔不同孔径的铰削加工

铰孔示意图A-Ⅱ、A-Ⅲ轴线是两组四孔，分别在两条轴线的四孔。Ⅱ轴线上孔径为φ62J7，下孔径为φ38J7；Ⅲ轴线上孔径为φ80J7，下孔径为φ72J7。虽然两组孔径不一样大，但在两条轴心线上，两孔壁薄孔距短。因为两组四孔，孔径稍有偏大，用整体复合铰刀，明显笨重，不经济。若在满足铰刀杆强度、刚度可靠稳定性的前提下，且满足铰孔精度要求，可合理选择套式复合硬质合金铰刀加工方法，既可减少铰刀的重量，减轻操作工的劳动强度，又可节省材料，便于加工制做、拆卸，更换方便，铰刀杆还可重复使用。铰削加工时，大孔铰刀是先铰削5-10mm后，小孔开始铰削，大小孔同时铰削加工。大孔铰刀起支承导向作用，可防止下孔铰刀摇摆跳动，利用提高两孔的同轴度精度。同时，也提高了两孔的铰孔加工尺寸精度，降低了两孔表面粗糙度的值。

（4）双排双孔孔径接近的铰削加工

见铰孔加工示意图A-Ⅳ轴中心线所示。上端孔径为φ32H7，下端孔径为φ28H7；两孔孔径尺寸相近，且在同一条中心线上。选择整体式硬质合金复合铰刀。因为铰刀心部直径大，刀具的刚性好。铰削过程，与Ⅱ、Ⅲ轴线套式硬质合金复合铰刀一样。

（5）三排一组三孔不同孔径的铰削加工铰孔示意图A-Ⅴ轴线图所示，是三排一组三孔，孔径大小不一，且在一条轴心线上的孔。上端一排孔径为φ32H7，中间二排孔径为φ28H7，下端三排孔径为φ25H7，三孔孔径很接近。由于三孔孔径较小，仍然选择整体硬质合金复合铰刀为宜。铰削过程中：φ32H7孔铰刀先铰5-10mm后，φ28H7和φ25H7孔铰刀开始铰削加工。此时，三孔同时铰削加工，可提高加工效率。φ32H7孔铰刀，起先导向作用。由于中间二排孔箱体壁较厚，铰刀设计不宜过长，有利于排屑和减少屑末与箱体孔表面的摩擦发热。影响二排孔表面粗糙度值的增大。

2 影响孔表面粗糙度值的主要因素

工件的表面形成，主要是有工件与刀具的相对运动所产生。刀具即刀刃，刀刃的刃部尺寸，由几何参数所决定，合理选择刀具的几何参数是解决刀具的根本问题。运动指的是切削三要素，合理选择切削三要素是解决运动问题的关键。铰削时，由于工件与刀具、屑末与工件和刀具刃部挤压、摩擦发热变形，输入切削液可减小工件表面的变形和摩擦。因此，刀具的几何参数、切削三要素、合理选择铰削液，是影响箱体孔表面粗糙度值的主要因素。

2.1 铰刀的几何参数

（1）直径

可根据被加工孔的孔径尺寸、公差来决定。

（2）齿数

一般铰刀齿数越多，铰孔的精度就越高，孔表面的粗糙度值就越低。同时分布在每个切削刃上的负荷也就越小，有利于减小铰刀磨损。但齿数增多后却降低了刀齿强度，减小了容屑槽，切削时屑末不易排出。铰刀的齿数一般选用偶数。

（3）切削锥角

根据不同的加工材料和铰刀类型来确定。（4）前角

由于铰屑余量小，前角可以为零。

（5）后角

增大后角，可提高铰刀的锋利程度，却降低了刀齿的强度。由于铸铁有大量的碳化物，硬度高、擦伤力大，且产生崩碎切末，切削力应和铰削热都集中在刀尖附近，故刀具磨损快，耐用度低。因此，后角应根据铰削实际情况选择确定。

（6）刃带宽度

它的作用是引导铰刀方向，光整孔表面，测量铰刀直径之用。铰刀的齿数越多，刃带的积累宽度也越多，有利于降低孔表面粗糙度值。但刃带积累值过大时，会增加摩擦力矩和切削热。故需合理选择确定。

2.2 合理选择铰削三要素

箱体各孔加工余量，已经过上序组合机床粗、半精镗加工，铰前余量只留了0.15-0.25mm之间，符合铰削条件。因为余量留的过小时，铰削不易校正上道工序残留的变形和去掉表面残留的缺陷；余量过大，会增加铰削时切削热，反而使孔表面粗糙度值升高。切削速度V，因该铰刀的材料已确定为硬质合金，可根据不同孔径的大小，选用V=8-10m/min即可。同样进给量也可根据不同孔径的大小，选择0.8-2.2mm/r。切速度、铰削余量、进给量相互影响，要合理选择，可提高孔径尺寸的加工精度，降低孔表面粗糙度的值。

2.3 铰削液的选择

在铰削过程中，由于产生崩碎的屑沫与工件材料变形摩擦产生铰削热，都集中在刀尖附近，加快铰刀磨损。为利于铰刀的冷却和排屑，选用润湿性和流动性好的煤油做铰削液，可获取工件表面较小的粗糙度值。

3 铰削加工过程中的质量保证措施

由于箱体类零件批量、重复生产，选用机动铰孔的加工方法较为适宜。因为机动铰孔效率高，铰刀的回转中心较稳定，铰削连续，进刀均匀，有利于降低工件表面粗糙度值。但操作时，必须严格按照工艺规程铰削，才能保证孔表面的加工质量。

（1）选用Z3063摇臂钻床铰削

按国标GB/T4017-1997摇臂钻床精度检验，检测主轴锥孔中心线的径向跳动，靠近主轴端面不大于0.025mm，在距主轴端面300mm处，应不大于0.05mm处。

（2）安装工件夹具时，要确保铰孔中心线垂直于夹具工件平面，垂直度公差不大于0.2mm/1000mm，铰刀中心线与工件预铰孔中心线重合公差不大于0.02mm。

（3）安装箱体工件时，夹具和工件定位基准面，要清除干净。压板压紧工件时，夹紧力不易过大，合适为宜。因为铰削轴向力和箱体的自重与夹紧力方向重合，以免铰削完工后，箱体产生微量弹性变形。

（4）开始铰削时，为了引进铰刀铰进，可采用手动进给。当铰进2-3mm时，改用机动进给，以获取均匀的进刀量。

（5）在铰削过程中，要充分的输入煤油，有利于排除屑沫和铰刀刃部的冷却。

（6）铰刀在使用过程中，要注意保护两端的中心孔，以备磨铰刀刃时使用。不使用时，保养好后悬挂在吊具上。

（7）铰孔完工，应不停机退出铰刀。同时，不允许铰刀反转，否则会在孔径表面留下刀痕，从而增加孔表面粗糙度的值。

4 结束语

获取正确的箱体孔表面质量，以降低机械加工箱体孔表面粗糙度的值，是机械加工过程中必须考虑的问题。在箱体类零件的生产和实践中，采取相应的工艺措施，针对箱体表面粗糙度值，根据产品图纸要求，进行工艺分析、研究探讨，选择比较经济、适用的加工方法，减少箱体类零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而进一步提高机械产品的使用性能、可靠性和寿命。才是提高工件质量和效率的有效途径。

[1]孟少农.机械加工工艺手册(第一卷)[M].北京：机械工业出版社，1996.

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