發(fā)動機(jī)零部件加工中有很多裝配精密孔，不僅形位公差要求嚴(yán)，而且表面粗糙度要求高。為了滿足圖樣要求及保證產(chǎn)品質(zhì)量，很多精密孔的加工均采用鉸孔工藝。然而在加工過程中仍然會因為刀具制造以及設(shè)備精度等因素的影響，造成諸多加工不良現(xiàn)象。現(xiàn)針對我公司某種機(jī)型發(fā)動機(jī)零部件加工過程中出現(xiàn)的問題，探討鉸孔的質(zhì)量控制過程。

1. 鉸孔加工工藝

　　鉸孔是擴(kuò)大一個已經(jīng)存在的孔、用鉸刀從工件原有孔壁上切除微量金屬層，以提高其尺寸精度和減小其表面粗糙度值。

　　由于鉸刀一般齒數(shù)較多（4～12個），導(dǎo)向性好，心部直徑大，刀具的剛性好，加工余量小，切削的厚度較薄，因此，加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T9級，表面粗糙度值一般可達(dá)Ra=0.4～1.6μm。鉸孔為精加工孔常用的手段之一。

　　直徑在100mm以內(nèi)的孔可采用鉸孔。在加工中心上鉸孔時，一般采用的工藝為：鉆（或擴(kuò)）孔→鉸孔。對于直徑＜12mm的孔，由于鉸刀本身剛性稍差，因此采用的工藝為：點鉆→鉆（或擴(kuò)）孔→鉸孔，以保證孔的直線度和同軸度。

2. 鉸刀結(jié)構(gòu)參數(shù)及選用原則

　　鉸刀種類很多，根據(jù)使用方式可分為手用鉸刀和機(jī)用鉸刀。目前設(shè)備工藝水平先進(jìn)，加工效率高， 大多數(shù)采用加工中心鉸孔。機(jī)用鉸刀常用材質(zhì)有高速鋼和硬質(zhì)合金，高速鋼鉸刀一般為整體式，硬質(zhì)合金鉸刀一般為焊接式。

　　鉸刀由工作部分、頸部和柄部組成（見圖1）。工作部分包括切削部分和修光部分，切削部分呈錐形，擔(dān)負(fù)主要的切削工作；修光部分用于校準(zhǔn)孔徑、修光孔壁和導(dǎo)向。為減小修光部分與已加工孔壁的摩擦，并防止孔徑擴(kuò)大，修光部分的后端應(yīng)加工成倒錐形狀，其倒錐量為（0.005～0.006mm）/100mm。

　　鉸刀主要參數(shù)及設(shè)計經(jīng)驗介紹如下。

　?。?）前角γo。由于鉸孔余量很小，背吃刀量很小，切屑與前刀面接觸長度很短，因此鉸刀前角作用不是主要因素。為了便于制造，前角一般取0°～5°。

　?。?）后角αo。鉸刀是定尺寸刀具，為了使鉸刀重磨后直徑尺寸變化不大，取較小的后角（一般為6°～8°），高速鋼鉸刀切削部分的刀齒刃磨后應(yīng)鋒利不留刃帶，校準(zhǔn)部分刀齒則須留有0.05～0.30mm寬的刃帶（ba），以起修光和導(dǎo)向作用，也便于鉸刀制造和檢驗。

　?。?）切削錐角2? 。切削錐角主要影響進(jìn)給抗力的大小、孔的加工精度和表面粗糙度以及刀具壽命。切削錐角小時進(jìn)給力小，切入時導(dǎo)向性好，但排屑困難，且加工切入切出時間變長。機(jī)用鉸刀可取較大的切削錐角。

　?。?）主偏角κ r。為便于排屑，一般取值15°～45°。

　　（5）齒數(shù)z及齒槽形。齒數(shù)選擇原則：①鉸刀齒數(shù)一般為4～12齒。②大直徑鉸刀取較多齒數(shù)。③ 加工韌性材料取較少齒數(shù)， 加工脆性材料取較多齒數(shù)。④為便于測量，鉸刀一般取偶數(shù)。總體原則為在保證刀齒強(qiáng)度、容屑空間足夠的條件下，選擇多的齒數(shù)。刀齒在圓周上一般為等齒距分布， 但在某些情況下，為避免鉸刀顫振時使刀齒切入的凹痕定向重復(fù)加深，也可選用對頂齒間角相等的不等齒距結(jié)構(gòu)（見圖2）。

　　另外，鉸刀齒槽形式有直線形、圓弧形和折線形（見圖3）：直線形加工簡單、容易制造，一般用于d=1～20mm的鉸刀；圓弧形具有較大的容屑空間和較好的刀齒強(qiáng)度，一般用于d＞20mm的鉸刀；折線形用于硬質(zhì)合金鉸刀，以保證硬質(zhì)合金刀片有足夠的硬剛性支持面刀齒強(qiáng)度。

　?。?6 ） 鉸刀直徑d 及其公差G：鉸刀是定尺寸刀具，直徑及其公差取決于被加工孔的直徑D及其精度IT，同時也要考慮鉸刀的使用壽命和制造成本。由于受設(shè)備主軸精度以及加工材料的影響，實際加工過程中會出現(xiàn)孔徑變大或變小的現(xiàn)象。當(dāng)孔徑變大時，鉸刀直徑極限尺寸計算公式為

dmax=Dmax－Pmax

dmin=Dmax－Pmax－G

　　當(dāng)孔徑變小時，鉸刀直徑極限尺寸計算公式為

dmax=Dmax＋Pamin

dmin=Dmax＋Pamin－G

　　式中，dmax為鉸刀最大極限尺寸；dmin為鉸刀最小極限尺寸；D為孔直徑；Pmax為鉸孔最大擴(kuò)張量；Pamin為鉸孔最小收縮量。另繪制鉸刀直徑公差分布圖（見圖4），其中N為鉸刀磨耗備量。

3. 鉸孔加工過程出現(xiàn)的不良現(xiàn)象

　　我公司氣缸頭搖臂軸孔孔徑及形位公差要求較高（見圖5），為了滿足發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能，采取鉸孔工藝進(jìn)行精加工，然而在大批量生產(chǎn)過程中，搖臂軸孔出現(xiàn)了諸多加工異常，無法滿足圖樣要求。通過經(jīng)驗積累以及試驗， 改善鉸孔工藝， 逐漸解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種加工問題，保證了產(chǎn)品加工質(zhì)量。

　　（1）產(chǎn)生的不良現(xiàn)象。量產(chǎn)過程中最容易出現(xiàn)的不良現(xiàn)象有：孔徑超大或孔徑變小，形位公差（圓度、圓柱度和平行度）超差，孔內(nèi)表面粗糙度質(zhì)量差。量產(chǎn)過程中出現(xiàn)的加工不穩(wěn)定性容易造成批量質(zhì)量問題。

　?。?）不良現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析。鉸削過程是一個復(fù)雜的切削和擠壓摩擦過程，除主切削刃正常的切削作用外，還對工件產(chǎn)生擠刮作用（見圖6）。一般鉸削加工余量＜0.1mm，鉸刀主偏角＜45°，因此鉸削時切削厚度很小，約為0.01～0.03mm。

　　根據(jù)鉸削原理分析、利用“三現(xiàn)”原則查找原因，得出造成孔徑超差的主因有：鉸刀制造誤差，主軸軸承磨損失效致主軸跳動波動大，鉸刀刀長過長致剛性降低，鉸刀刃口留有積屑瘤，鉸刀主偏角設(shè)計角度沒有考慮到所加工材料的特性，切削速度、進(jìn)給量不合理以及鉸刀刃磨不徹底等；形位公差超差的主因有：工藝安排不合理、切削余量不合理、鉸刀剛性不夠、主軸精度差以及夾具夾緊變形等；孔內(nèi)表面粗糙度質(zhì)量差的主因有：鉸削速度過快、鉸削余量不合理、進(jìn)給量過大、刀具不鋒利、刀具刃帶表面粗糙度質(zhì)量差、刀具粘屑以及切削液使用不合理等。綜上所述，影響鉸削加工的因素很多，并且機(jī)械加工不是單一的影響要素，各要素之間互相影響。

4. 改善措施

　　針對以上影響鉸孔質(zhì)量的原因分析，結(jié)合實際工作中的經(jīng)驗，提出以下改善措施：

　?。?）根據(jù)鉸刀直徑計算公式，對實際加工材料特性進(jìn)行分析，可適當(dāng)對鉸刀直徑公差進(jìn)行調(diào)整，以保證孔徑合格。

　?。?）檢查機(jī)床主軸跳動及剛性、拉刀拉力大小，可改善產(chǎn)品加工質(zhì)量。

　?。?）在保證刀具不干涉工件及夾具條件下，盡可能縮短刀長，以提高刀具剛性，另外刀柄可選擇液壓刀柄。

　　（4）選擇合理的切削速度及進(jìn)給量。由于鉸孔是轉(zhuǎn)動過程切削，一般鉸孔進(jìn)給量稍微偏大，目的是使鉸刀切削材料而不是摩擦，進(jìn)給量過小會導(dǎo)致徑向摩擦力增大，鉸刀會迅速磨損引起鉸刀顫動，使孔的表面粗糙度質(zhì)量變差。若孔徑偏大，可適當(dāng)降低切削速度，增加進(jìn)給量；若孔徑偏小，可適當(dāng)提高切削速度，減少進(jìn)給量。

　　（5）鉸刀設(shè)計參數(shù)的選擇。如針對加工鋁合金等塑性稍好的材質(zhì)，可減小主偏角κ r來保證孔徑；若表面質(zhì)量不好，可適當(dāng)增大主偏角、減小后角或擴(kuò)大容屑槽，以便排屑。

　　（6）加工余量的控制。余量過大，會因切削熱多而導(dǎo)致鉸刀直徑增大、孔徑擴(kuò)大；余量過小，會留下底孔的刀痕，使表面粗糙度達(dá)不到要求，粗鉸一般余量0.15～0.35mm，精鉸余量一般為0.05～0.15mm，有一種經(jīng)驗建議留出鉸刀直徑1%～3%大小的厚度作為鉸削余量（直徑值）。

　?。?）工序的合理性。由于鉸孔不能校正孔軸線的位置度誤差，孔的位置公差應(yīng)由前工步保證， 因此要選擇合理的工藝路線。對于孔徑較小的孔，應(yīng)增加中心鉆，確保鉆孔過程不發(fā)生傾斜。

　?。?）選擇合適的冷卻、潤滑液。由于鉸孔主要是刀具與孔壁成擠壓切削，切削碎片易留在刀槽或黏在刀刃上，影響加工質(zhì)量，因此加工過程選用潤滑性良好的高濃度極壓乳化液或切削油，可以起到良好的潤滑、冷卻作用。

　　由于加工的材料不同， 產(chǎn)生的問題以及解決方法也各有差異，但鉸孔過程存在的問題及解決思路基本類似。

5. 結(jié)語

　　隨著人們對使用產(chǎn)品的要求越來越高，加工水平也需與時俱進(jìn)。作為機(jī)械加工常用的手段，鉸孔工藝既有優(yōu)勢，也有劣勢，如何保證加工的穩(wěn)定性和高效性，在實踐與創(chuàng)新的道路上任重道遠(yuǎn)。