精密小孔系加工工艺研究

庆安集团有限公司 （陕西西安 710077） 马英霞 李旭鹏

随着数字化的发展，产品的性能要求越来越高，进而对零组件的尺寸精度、形位精度要求更严。单一精密小孔的加工对企业来说不是什么难题，但对于精密小孔系的加工仍是亟待解决的问题。

图1所示是某液压阀结构中一壳体零件，是产品上重要的功能件，孔系是配合表面。零件材料为DT4E，技术条件GB6983—86。该零件尺寸精度及形位精度要求较高，特别是φ4.5H7、φ4.5H8、φ4.7H7孔系的加工是此壳体零件的加工难点。

图1 某壳体剖视图

1. 零件分析

（1）零件材料分析。该零件材料为DT4E，属于硬度较低、刚度较差的材料。DT4E材料在切削过程中有如下特点：材料质地较软、粘性较大；切削温度高；切屑不易折断，易粘结；刀具易磨损。

（2）零件结构分析。此零件是液压阀中的重要的功能零件，孔系表面要有高的硬度、好的耐磨性、强的耐腐蚀性、高的表面质量，因此对零件的孔系表面进行镀镍处理。φ4.5H7、φ4.7H7尺寸为镀镍后尺寸，因要求表面镀镍层厚度为9～12μm，因此机械加工需保证孔的镀前尺寸mm，同时需保证孔系的形位公差要求（基准A为零件左端φ35s7外圆）。

φ4.7H7孔与φ4.5H7孔联接处要求R0.2mm，而两孔的单边差异只有0.1mm，这为加工带来了难度，且一般刀具很难保证R要求。

（3）加工现状。在加工过程中，存在以下问题，造成零件的合格率低，产品不能按期交付。

因加工刀具、切削参数、切削应力的影响，零件易于变形，精密小孔系尺寸不能满足工艺镀前尺寸的要求。

φ4.5 H 7孔的孔壁厚度＜1mm，加工过程因零件的变形，局部出现孔壁穿透现象。

精密小孔孔底根部要求R0.2mm，需通过修磨刀尖R保证，因手工修磨的刀尖R不规则，造成零件不合格。

为了提高零件的合格率，保证产品的按期交付，采取了以下措施。

2. 采取措施

（1）优化工艺方案。工艺方案优劣是影响零件加工质量的重要因素，故首先从工艺方案上进行优化。

根据零件结构及尺寸特点，及多次试验的验证，将工艺方案优化为粗加工→热处理 →半精加工→精加工。细节如下：①粗加工去除大量的切削余量。②半精加工选用双主轴加工中心，零件一次装夹，除精密小孔系留精加工余量外，其余各尺寸加工至设计图样的要求，这样可有效保证零件各尺寸及形位要求。孔系加工至，形位公差满足图样要求。③精加工采用改进铰刀加工小孔，有效保证了孔的尺寸和形位公差要求。

（2）选择合适的加工设备。对尺寸公差在千分位的零件，一般选择的加工方法是研磨或坐标磨。但对于材质较软，孔为盲孔且短孔的零件，因存在让刀等因素，选择这两种方法不太理想，研磨加工会将孔加工成锥度孔，坐标磨加工无法保证孔径及孔底根部R0.2mm要求。

鉴于以上原因，结合零件的结构特点，选择定位精度高、加工精度高、操作方便的瑞士精密小车床——肖布林SCHAUBLIN150作为加工此零件精密小孔系的设备。

铰刀的工作部分由切削部分和校准部分组成（见图2）。切削部分为锥形，担负主要切削工作。一般的设计角度为：主偏角5°～15°，前角 0°，后角5°～8°。校准部分的作用是校正孔径，修光孔壁和导向。为此，这部分带有很窄的刃带γO=0°，αO=0°，如图3所示。

为保证孔径尺寸，改制普通高速钢，齿数为6齿的1201/4.6H7、1201/4.8H7铰刀作为精加工刀具。采用成组刀具对精密小孔系进行加工，并将03#、04#刀具的切削部分修磨出与校准部分相似的刃带，刀尖磨成R0.2mm。刀具参数如表1所示。

表1 刀具参数表

表2 加工参数表

（4）工装的设计。为了能保证精密小孔系孔径尺寸，同时不破坏半精加工时精密孔的状态，采用自制浮动弹簧夹头（见图4）夹持铰刀。浮动弹簧卡头采用一种特殊设计的机构，既能使刀柄在平行于轴线方向浮动，又能在垂直空间内角度浮动，以补偿因机床热变形、工件安装、铰刀等在水平轴向或在垂直空间内的误差。

该装置主要由浮动套、螺钉和过渡套组成。铰刀柄部安装在浮动套内，浮动套与过渡套之间有0.2mm的间隙。加工过程中铰刀可以随工件自动定心，螺钉可限制浮动套与过渡套的相对转动，将过渡套的锥柄插入车床尾座的套筒内，形成了铰刀与机床的浮动联接。在加工过程中铰刀可存在3种浮动：平行于轴线方向浮动；垂直空间内角度浮动；平行于轴线方向和垂直空间内角度同时浮动。

（5）加工参数的优化。通过多次试验，调整加工参数，最终选择出表2所示加工参数，不但保证了零件精密小孔系孔的尺寸要求，而且加工效率相对较高。

图2 铰刀结构图

图3 铰刀角度图

图4 浮动弹簧夹头结构图

（6）切削液的选用。切削液是加工过程不可缺的要素，主要起润滑和冷却作用，因03#、04#刀具存在刃带，为减少切削时的摩擦力，保证精密小孔的加工精度，提高加工表面质量，选用现场数控车床常用的切削液作为此零件精加工的切削液。

3. 结语

通过3批、共45件零件的加工，精密小孔系孔的合格数达到44件，合格率97.8%，解决了公司生产任务的交付，同时为公司在精密小孔系加工方面积累了经验。此方法可推广至其他精密孔系或精密孔的加工。