密封孔用高效复合孔加工刀具的设计与开发

◇常州机电职业技术学院 黄 舒 邵宗辉 史东丽 许成中

工程机械上SAE J1962系列密封孔不仅结构复杂，而且对尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同轴度和同心度方面要求更高。现有刀具在加工过程中不仅产生累积误差较大，而且存在尺寸要求和形位公差难以保证的问题。本文设计一款密封孔用高效复合孔加工刀具，对于产品上同一条轴线上涉及到的6个不同直径、形状和相同的同轴度方面的尺寸进行一次性加工，所有直径方面的尺寸稳定，同轴度一致性好，并且可以减少刀具磨损，增加刀具的使用寿命。

工程机械上SAE J1962系列密封孔不仅结构复杂，而且对尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同轴度和同心度方面要求更高。现有刀具在加工过程中不仅产生累积误差较大，而且存在尺寸要求和形位公差难以保证的问题。本文设计一款密封孔用高效复合孔加工刀具，对于产品上同一条轴线上涉及到的6个不同直径、形状和相同的同轴度方面的尺寸进行一次性加工，所有直径方面的尺寸稳定，同轴度一致性好，并且可以减少刀具磨损，增加刀具的使用寿命。

1 前言

1.1 密封孔技术要求及加工方法

在工程机械上SAE J1962系列密封孔不仅结构复杂，而且对尺寸要求和形位公差都有很高的要求，同轴度和同心度方面要求更高。液压油缸承受着很大的内压，工作压力高达40 MPa，甚至更高；油缸在使用中会因为主机而产生振动或摆动。因此进出油路接口密封要求较高，密封孔的加工质量，对提高液压油缸安全工作有着重要影响。如图1所示，为SAE J1926-1标准直螺纹O型环油口图，结果复杂，直径d5和螺纹节径的同心度在0.005英寸（0.13 mm）之内，没有径向和螺旋状的刀纹，环形刀纹控制在100 μin（最大2.5 μm），各孔间位置要求较高。该孔系原加工方案为：钻油孔→扩螺纹底孔→螺纹孔口倒角→扩密封锥面→锪止口面→攻丝，加工工序较多，需六把刀具，频繁换刀，加工时间长，效率低。

图1 SAE J1962系列密封孔示意图

1.2 现工艺存在问题

现有技术是不同尺寸采用不同规格的刀具加工。加工过程中不仅产生累积误差较大，尺寸要求和形位公差难以保证，而且会因刀具对工件的切削、两者之间的摩擦和工件材料的弹、塑性变形,增加了刀具磨损，减少了刀具的使用寿命，降低加工表面的质量，并且加工时间与加工周期长，加工成本高，效率低，产品质量不稳定。

2 刀具优化和改进

本文主要为加工SAE J1962系列密封孔提供一种新刀具，对于产品上同一条轴线上涉及到的6个不同直径、形状和相同的同轴度方面的尺寸进行一次性加工，所有直径方面的尺寸稳定，同轴度一致性好。即将多种不同规格的刀具种类合并成一种刀具，即刀具品种减少，消除了加工过程中的累积误差，尺寸要求和形位公差得到有效控制，加工时间与加工周期缩短，降低了加工成本，提高了刀具的使用寿命，加工效率得到提高，产品质量稳定，降低产品不良率，有效控制了运营成本。

设计高效复合孔用刀具如图2所示，刀具是焊接式刀具，刀片采用硬质合金，刀体采用钢。刀片先焊接在刀杆上，然后进行研磨，最后涂层。根据孔的大小，也可做成可转位式的刀具。焊接式刀具包括刀柄、刀头和刀片，刀头上开设有4个容屑槽，均匀分布于圆周上，因密封孔内壁要求较高，所以为保证内壁的光洁度，设计了4个刀齿，容屑槽空间大，利于排屑。刀片上有6条切削刃，6条切削刃构成的形状与孔剖面形状相同：①螺纹底孔扩孔主切削刃；②螺纹底孔扩孔副切削刃；③用于螺纹孔口倒角；④用于加工密封锥面；⑤锪削止口面主切削刃；⑥锪削止口面副切刃。

图2 高效复合孔用刀具设计图

为保证孔壁的光洁度，采用4刀齿，使得容屑空间足够大。刀片焊接于容屑槽上，刀片刃磨成与油缸密封孔同形状的切削刃，切削刃设有前刀面和后刀面，切削刃的前刀面与加工件接触具有前角,切削刃的后刀面与加工件接触设计有两个后角，分别为第一后角和第二后角。其中前角为5°～8°。第一后角设计为5°～10°，第二后角设计为20°～30°。根据设计进行刀具制造，刀具成品如图3所示。

图3 刀具实物图

所设计的高效复合孔用刀具，已申报专利并授权，并已应用于实际加工中，使用本刀具加工液压油缸油口密封孔（如图4所示），证明了此刀具的可行性和可靠性，并且其加工的高效率、高精度受到了用户的好评。

图4 液压油缸油口密封孔成品图

3 刀具创新点

相对企业中原先SAE J1926-1密封孔加工方法，创新之处如下所示。

（1）高效率。复合孔加工刀具铣削加工SAEJ1926系列密封孔，产品尺寸稳定，形位公差得到保证，取代了多种规格刀具陆续加工，大大提高产品的生产效率，降低制造成本。

（2）高质量。合适的刀齿数，大空间的排屑槽设计，满足了孔内壁光洁度高的要求。

（3）高速度。设计内冷结构，冷却效果好，允许较快的切削速度和进给速度。

（4）高平稳性。切削刃双后角设计，利于控制和保持尺寸精度，在切削时提高切削的平稳性和减小振动。

4 结语

本文研究密封孔用高效复合孔加工刀具，通过对刀具结构优化设计，运用设计的刀具对密封孔铣削加工，产品尺寸稳定，形位公差得到保证，取代了多种规格刀具陆续加工，大大提高产品的生产效率，降低制造成本，为工程机械上SAE J1962系列密封孔的加工提供了一种新的解决方案。