铰刀在机械加工中的应用

吴国顺

(武汉元丰汽车零部件有限公司,湖北武汉 430205)

铰刀在机械加工中的应用

吴国顺

(武汉元丰汽车零部件有限公司,湖北武汉 430205)

在机械加工中,铰孔是用铰刀从工件切除微量金属层,以提高孔的尺寸精度和表面质量的加工方法,是普遍应用的孔的精加工方法之一。在使用过程中,铰刀材质、尺寸公差、加工参数等因素的选择在很大程度上会影响孔的加工质量。本文主要介绍铰刀的基本技术条件和失效模式及解决措施。

铰刀 齿数 公差 孔径 切削速度 主偏角 积削瘤

1 铰刀的应用范围、分类及优缺点

1.1 铰刀是用于小切深时以导向为基础的孔加工刀具,主要应用于

(1)直径公差≤IT8的孔;(2)表面粗糙度有要求(通常≤Rz12);(3)有圆度公差要求的孔;(4)对于圆柱度有要求的孔;(5)阶梯孔(同一轴线上直径不同);(6)系列孔(同一轴线上直径)有高的同轴度的要求。

1.2 铰刀类型

主要分：多刃铰刀和带导向条的铰刀。多刃铰刀各切削刃的轴向和径向位置相同，刀具直径不可调，刀具可以重磨。带导向条铰刀直径可调整，最少两个导向条。在机械应用中考虑加工成本更多的使用多刃铰刀。

1.3 多刃铰刀的优点

(1)高的切削速度;(2)简单而可靠的设计;(3)易于操作;(4)可以重磨(只对于无涂层的而言);(5)安装使用的错误一般不会导致刀具彻底损坏。

1.4 多刃铰刀的缺点

(1)加工孔的质量稍微差些;(2)阶梯孔的加工会有限制;(3)不能加工系列孔和高同轴度要求的孔。

2 铰刀的选择及使用技术条件

铰刀的齿数较多，导向性能好，心部的直径大，刀具的刚性好，加工余量小，可以获得IT9-IT7级直径尺寸精度，内孔表面粗糙度可控制在Ra1.6～0.8mm之间甚至更好。

2.1 铰刀的选择

基本原则：通常直径大于12的为焊接式，小于12的为整体硬质合金;通常刀齿数目是偶数(均匀)分布的，但排屑槽分布是不均匀的;根据应用决定槽型，盲孔为直槽，通孔可以为左螺旋槽式。 公差的确定：除非特别指定外，铰刀按公差m6制造。实际中，铰刀铰出的孔的实际尺寸取决于很多因素，包括：(1)被加工材料的种类和加工余量;(2)铰刀的切削角度;(3)铰刀使用时的条件;(4)装夹和操作方法;(5)润滑情况。

若给出了孔的公差，要确定加工孔的铰刀特殊公差时应考虑上述因素，可依据被加工孔来确定铰刀公差上下极限的方法，当孔的公差为IT时：铰刀直径的上限尺寸等于孔的最大直径减0.15IT。0.15IT的值应圆整到0.001mm;铰刀直径的下限尺寸等于铰刀的最大直径减0.35IT。0.35IT的值应圆整到0.001mm。

2.2 铰刀使用的技术条件

铰刀材料：刀柄采用40Cr或同等性能的合金钢，刀具材料主要分：高速钢(适合钢件)、硬质合金(适合钢件、铸件)、金刚石PCD(铝合金)、CBN(难加工材料)。

铰刀的位置公差：切削部分0.015mm;校准部分0.01mm;柄部0.015mm(对公共轴线的径向跳动)。铰刀柄部硬度：30HRC—45HRC。铰刀的装夹：高精度的跳动，刀具跳动小于0.01mm，稳定性要高，适合采用高精度弹簧套、液压刀柄、热涨套刀柄、补偿刀柄等工具装夹。

铰刀加工参数(推荐)：钢件、铸件：VC=50-100m/min，f=0.2-0.8(随直径增加)铝合金：VC=200-1000m/min，f=0.2-1.0(随直径增加)

3 铰孔失效模式分析及应对措施

影响铰刀铰孔质量的主要因素：(1)铰刀的几何尺寸，包括铰刀直径、铰刀齿数、切削锥角、铰刀前角后角、刃带宽度、倒锥量;(2)铰削用量，包括铰削余量、铰刀的切削速度和进给量;(3)其他因素，如机床主轴精度、工件装夹变形、切削液等。

铰孔的几种主要失效模式：

(1)孔径增大产生原因及解决措施：1)铰刀外径尺寸偏大或铰刀同轴度过大——检测铰刀外径尺寸和刀具切削刃相对主轴同轴度;2)铰刀主偏角过大——适当减小主偏角;3)切削速度过高、进给量不当或加工余量过大——降低切削速度，调整进给量或减少铰削余量;4)铰刀刃上粘附切削瘤——用油石去除切削瘤，铰刀增加内冷孔，冷却液选择性能较好的切削液。

(2)孔径变小产生原因及解决措施：1)铰刀外径尺寸设计值偏小——检测铰刀外径尺寸;2)铰刀主偏角过小——适当增大主偏角;3)切削速度过低、进给量不当或加工余量过小——适当提高切削速度，调整进给量或适当增加铰削余量;4)铰刀已磨损——更换铰刀，设置刀具更换计划;5)工件太薄，铰完后内孔弹性恢复使孔孔缩小——设计铰刀考虑工件状况进行取值。

(3)内孔不圆产生原因及解决措施：1)铰刀过长，刚性不足，铰削时产生振动——采用不等分齿距的铰刀或减短铰刀长度;2)铰孔余量偏——控制预加工工序孔位误差;3)铰刀主偏角过小——增大主偏角;4)铰刀刃带窄——选用合格铰刀。

(4)孔表明粗糙度差产生原因及解决措施：1)切削速度过高——降低切削速度;2)切削液选择不合适——根据加工材料选择切削液;3)铰孔余量大——适当减小铰孔余量;4)铰刀刃带过宽——修磨刃带宽度;5)铰孔时排屑不良——减少铰刀齿数，加大容屑空间或采用刃倾角铰刀，使排屑顺利;6)刃口有积屑瘤——采用油石修整或更换铰刀。

在日常使用中出现加工质量问题是很难全面控制个预防的，只有从“人、机、料、法、环、测”全方位分析，找出问题的根本原因，才会逐一解决。

4 结语

在机械加工中，铰刀广泛应用于孔半精加工和精加工， 孔的精度和表面质量很大程度上取决于铰刀的选用、设计和切削参数的选择上。只有充分了解铰刀的选用、可能的失效模式才能进行预防，保证产品质量和批产的稳定性。

[1]袁哲俊,刘华明.铰刀结构设计[M].机械工业出版社,2010-02.

[2]王健石.机械加工铰刀的技术要求[M].机械工业出版社,2010-05.

[3]陈宜述.铰刀的种类和应用[M].机械工业出版社.

吴国顺 (1983年12月-),男,湖北浠水人,2007年毕业于武汉理工大学机械工程及自动化专业,任职于武汉元丰汽车零部件有限公司,任工艺部副经理、工艺工程师。