内孔表面加工方法和加工方案.docx
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内孔表面加工方法和加工方案
内孔表面加工方法和加工方案
摘要…………………………………………………………………………………1引言…………………………………………………………………………………2一、钻孔……………………………………………………………………………2二、扩孔……………………………………………………………………………4三、铰孔……………………………………………………………………………53.1铰削方式……………………………………………………………………63.2铰削的工艺特点……………………………………………………………7四、镗孔、车孔……………………………………………………………………8
4.1车床车孔…………………………………………………………………8五、珩磨……………………………………………………………………………9六、研磨……………………………………………………………………………10七、滚压……………………………………………………………………………11结束语………………………………………………………………………………13致谢………………………………………………………………………………14参考文献……………………………………………………………………………15
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摘要:
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈,机械产品的更新速
度越来越快,数控加工技术作为先进生产力的代表,在机械及相关行业领域发挥
着重要的作用,机械制造的竞争,其实质是数控技术的竞争。
本次设计就是进行
内孔表面加工方法,主要介绍内孔表面加工方法和一些工具、结构、使用和运行。
关键词:
钻孔扩孔铰孔珩磨孔滚压孔
Abstract:
Alongwiththescienceandtechnologyrapiddevelopmentandthe
economiccompetitionintense,themechanicalproductrenewalspeedmoreandmore
isdaybydayquick,thenumericalcontrolprocessingtechnologytookadvanced
productiveforcesrepresentative,isplayingthevitalroleinthemachineryandthe
correlationprofessiondomain,themachinemanufacturecompetition,itsessenceis
thenumericalcontroltechnologycompetition.Inthisdesigncarriesontheholeface
workmethod,inthemainintroductiontheholefaceworkmethodandsometools,the
structure,useandmove.
Keyword:
Thedrillholebroachingreamsthetophorizontaljadepiece
honingtrundlehole
2
内孔表面加工方法较多,常用的有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔、拉孔、
研磨孔、珩磨孔、滚压孔等,本文只要介绍以下几种加工方法:
一、钻孔
钻孔属粗加工,可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11,表面粗糙度值为Ra50~12.5μm。
由于麻花钻长度较长,钻芯直径小而刚性差,又有横刃的影响,
故钻孔有以下工艺特点:
1.钻头容易偏斜。
由于横刃的影响定心不准,切入时钻头容易引偏;且钻
头的刚性和导向作用较差,切削时钻头容易弯曲。
在钻床上钻孔时,如图1a所
示,容易引起孔的轴线偏移和不直,但孔径无显著变化;在车床上钻孔时,如图
1b所示,容易引起孔径的变化,但孔的轴线仍然是直的。
因此,在钻孔前应先
加工端面,并用钻头或中心钻预钻一个锥坑,如图2所示,以便钻头定心。
钻小孔和深孔时,为了避免孔的轴线偏移和不直,应尽可能采用工件回转方式进行钻
孔。
3
2.孔径容易扩大。
钻削时钻头两切削刃径向力不等将引起孔径扩大;卧式
车床钻孔时的切入引偏也是孔径扩大的重要原因;此外钻头的径向跳动等也是造
成孔径扩大的原因。
3.孔的表面质量较差。
钻削切屑较宽,在孔内被迫卷为螺旋状,流出时与
孔壁发生摩擦而刮伤已加工表面。
4.钻削时轴向力大。
这主要是由钻头的横刃引起的。
试验表明,钻孔时50%的轴向力和15%的扭矩是由横刃产生的。
因此,当钻孔直径d?
30mm时,一般分两次进行钻削。
第一次钻出(0.5~0.7)d,第二次钻到所需的孔径。
由于横刃第
二次不参加切削,故可采用较大的进给量,使孔的表面质量和生产率均得到提高。
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二、扩孔
扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工,以扩大孔径并提高精度和降低
表面粗糙度值。
扩孔可达到的尺寸公差等级为IT11~IT10,表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm,属于孔的半精加工方法,常作铰削前的预加工,也可作为精度不
高的孔的终加工。
扩孔方法如图3所示,扩孔余量(D-d),可由表查阅,。
扩孔钻的形式随直
径不同而不同。
直径为Φ10~Φ32的为锥柄扩孔钻,如图4a所示。
直径Φ25~Φ80的为套式扩孔钻,如图4b所示。
扩孔钻的结构与麻花钻相比有以下特点:
1.刚性较好。
由于扩孔的背吃刀量小,切屑少,扩孔钻的容屑槽浅而窄,
钻芯直径较大,增加了扩孔钻工作部分的刚性。
2.导向性好。
扩孔钻有3~4个刀齿,刀具周边的棱边数增多,导向作用相
对增强。
3.切屑条件较好。
扩孔钻无横刃参加切削,切削轻快,可采用较大的进给
量,生产率较高;又因切屑少,排屑顺利,不易刮伤已加工表面。
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因此扩孔与钻孔相比,加工精度高,表面粗糙度值较低,且可在一定程度上
校正钻孔的轴线误差。
此外,适用于扩孔的机床与钻孔相同。
铰孔是在半精加工(扩孔或半精镗)的基础上对孔进行的一种精加工方法。
铰孔的尺寸公差等级可达IT9~IT6,表面粗糙度值可达Ra3.2~0.2μm。
铰孔的方式有机铰和手铰两种。
在机床上进行铰削称为机铰,用手工进行铰
削的称为手铰,如图5所示。
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铰刀一般分为机用铰刀和手用铰刀两种形式。
如图6所示。
机用铰刀可分为带柄的(直径1~20mm为直柄,直径10~32mm为锥柄,如图6a、b、c所示)和套式的(直径25~80mm,如图6f所示)。
手用铰刀可分为整
体式(如图6d所示)和可调式(如图6e所示)两种。
铰削不仅可以用来加工圆
柱形孔,也可用锥度铰刀加工圆锥形孔(如图6g、h所示)。
3.1
铰削的余量很小,若余量过大,则切削温度高,会使铰刀直径膨胀导致孔径
扩大,使切屑增多而擦伤孔的表面;若余量过小,则会留下原孔的刀痕而影响表
面粗糙度。
一般粗铰余量为0.15~0.25mm,精铰余量为0.05~0.15mm。
铰削应采用低切削速度,以免产生积屑瘤和引起振动,一般粗铰=4~10m/min,精铰=1.5~5m/min。
机铰的进给量可比钻孔时高3~4倍,一般可0.5~1.5mm/r。
为了散热以及冲排屑末、减小摩擦、抑制振动和降低表面粗糙度值,铰削时应选用合适
的切削液。
铰削钢件常用乳化液,铰削铸铁件可用煤油。
如图7a所示,在车床上铰孔,若装在尾架套筒中的铰刀轴线与工件回转轴
线发生偏移,则会引起孔径扩大。
如图7b所示,在钻床上铰孔,若铰刀轴线与
原孔的轴线发生偏移,也会引起孔的形状误差。
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机用铰刀与机床常用浮动联接,以防止铰削时孔径扩大或产生孔的形状误
差。
铰刀与机床主轴浮动联接所用的浮动夹头如图8所示。
浮动夹头的锥柄1安装在机床的锥孔中,铰刀锥柄安装在锥套2中,挡钉3用于承受轴向力,销钉
4可传递扭矩。
由于锥套2的尾部与大孔、销钉4与小孔间均有较大间隙,所以
铰刀处于浮动状态。
3.2
(1)铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度,而取决于铰刀的
精度、铰刀的安装方式、加工余量、切削用量和切削液等条件。
例如在相同的条
件下,在钻床上铰孔和在车床上铰孔所获得的精度和表面粗糙度基本一致。
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(2)铰刀为定径的精加工刀具,铰孔比精镗孔容易保证尺寸精度和形状精
度,生产率也较高,对于小孔和细长孔更是如此。
但由于铰削余量小,铰刀常为
浮动联接,故不能校正原孔的轴线偏斜,孔与其它表面的位置精度则需由前工序
或后工序来保证。
(3)铰孔的适应性较差。
一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等
级的孔,如需提高孔径的公差等级,则需对铰刀进行研磨。
铰削的孔径一般小于
Φ80mm,常用的在Φ40mm以下。
对于阶梯孔和盲孔则铰削的工艺性较差。
镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工。
可在车床、镗床
或铣床上进行。
镗孔是常用的孔加工方法之一,可分为粗镗、半精镗和精镗。
粗
镗的尺寸公差等级为IT13~IT12,表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm;半精镗的尺寸公差等级为IT10~IT9,表面粗糙度值为Ra6.3~3.2μm;精镗的尺寸公差等级为IT8~IT7,表面粗糙度值为Ra1.6~0.8μm。
4.1
车床车孔如图9所示。
车不通孔或具有直角台阶的孔(图9b),车刀可先做纵向进给运动,切至孔的末端时车刀改做横向进给运动,再加工内端面。
这样可
使内端面与孔壁良好衔接。
车削内孔凹槽(图9d),将车刀伸入孔内,先做横向进刀,切至所需的深度后再做纵向进给运动。
9
车床上车孔是工件旋转、车刀移动,孔径大小可由车刀的切深量和走刀次数
予以控制,操作较为方便。
车床车孔多用于加工盘套类和小型支架类零件的孔。
五、珩磨
珩磨是用油石条进行孔加工的一种高效率的光整加工方法,需要在磨削或精
镗的基础上进行。
珩磨的加工精度高,珩磨后尺寸公差等级为IT7~IT6,表面粗糙度值为Ra0.2~0.05μm。
珩磨的应用范围很广,可加工铸铁件、淬硬和不淬硬的钢件以及青铜等,但
不宜加工易堵塞油石的塑性金属。
珩磨加工的孔径为Φ5~Φ500mm,也可加工L/D>10的深孔,因此广泛应用于加工发动机的汽缸、液压装置的油缸以及各种
炮筒的孔。
珩磨是低速大面积接触的磨削加工,与磨削原理基本相同。
珩磨所用的磨具
是由几根粒度很细的油石条组成的珩磨头。
珩磨时,珩磨头的油石有三种运动:
10
旋转运动、往复直线运动和施加压力的径向运动,如图10a所示。
旋转和往复直线运动是珩磨的主要运动,这两种运动的组合,使油石上的磨粒在孔的内表面上
的切削轨迹成交叉而不重复的网纹,如图10b所示。
径向加压运动是油石的进给
运动,施加压力愈大,进给量就愈大。
在珩磨时,油石与孔壁的接触面积较大,参加切削的磨粒很多,因而加在每
颗磨粒上的切削力很小(磨粒的垂直载荷仅为磨削的1/50~1/100),珩磨的切削速度较低(一般在100m/min以下,仅为普通磨削的1/30~1/100),在珩磨过程中又施加大量的冷却液,所以在珩磨过程中发热少,孔的表面不易烧伤,而且加工
变形层极薄,从而被加工孔可获得很高的尺寸精度、形状精度和表面质量。
为使油石能与孔表面均匀地接触,能切去小而均匀的加工余量,珩磨头相对
工件有小量的浮动,珩磨头与机床主轴是浮动连接,因此珩磨不能修正孔的位置
精度和孔的直线度,孔的位置精度和孔的直线度应在珩磨前的工序给予保证。
六、研磨
研磨也是孔常用的一种光整加工方法,需在精镗、精铰或精磨后进行。
研磨
后孔的尺寸公差等级可提高到IT6~IT5,表面粗糙度值为Ra0.1~0.008μm,孔的圆度和圆柱度亦相应提高。
研磨孔所用的研具材料、研磨剂、研磨余量等均与研磨外圆类似。
套筒零件孔的研磨方法如图11所示。
图中的研具为可调式研磨棒,由锥度
心棒和研套组成。
拧动两端的螺母,即可在一定范围内调整直径的大小。
研套上
的槽和缺口,为在调整时研套能均匀地张开或收缩,并可存贮研磨剂。
11
研磨前,套上工件,将研磨棒安装在车床上,涂上研磨剂,调整研磨棒直径
使其对工件有适当的压力,即可进行研磨。
研磨时,研磨棒旋转,手握工件往复
移动。
固定式研磨棒多用于单件生产。
其中带槽研磨棒(如图12a)便于存贮研磨剂,用于粗研;光滑研磨棒(如图12b)一般用于精研。
壳体或缸筒类零件的大孔,需要研磨时可在钻床或改装的简易设备上进行,
由研磨棒同时做旋转运动和轴向移动,但研磨棒与机床主轴需成浮动连接。
否则
当研磨棒轴线与孔轴线发生偏斜时,将产生孔的形状误差。
七、滚压
孔的滚压加工原理与滚压外圆相同。
由于滚压加工效率高,近年来多采用滚
压工艺来代替珩磨工艺,效果较好。
孔径滚压后尺寸精度在0.01mm以内,表面粗糙度值为Ra0.16μm或更小,表面硬化耐磨,生产效率比珩磨提高数倍。
12
滚压对铸件的质量有很大的敏感性,如铸件的硬度不均匀、表面疏松、含气
孔和砂眼等缺陷,对滚压有很大影响。
因此,对铸件油缸不可采用滚压工艺而是
选用珩磨。
对于淬硬套筒的孔精加工,也不宜采用滚压。
图13所示为一加工液压缸的滚压头,滚压头表面的圆锥形滚柱3支承在锥套5上,滚压时圆锥形滚柱与工件有0.5?
~1?
的斜角,使工件能逐渐弹性恢复,
避免工件孔壁的表面变粗糙。
孔滚压前,通过调节螺母11调整滚压头的径向尺寸,旋转调节螺母可使其
相对心轴1沿轴向移动,向左移动时,推动过渡套10、推力轴承9、衬套8及套圈6经销子4,使圆锥形滚柱3沿锥套的表面向左移,结果使滚压头的径向尺寸
缩小。
当调节螺母向右移动时,由压缩弹簧7压移衬套,经推力轴承使过渡套始
终紧贴在调节螺母的左端面,当衬套右移时,带动套圈,经盖板2使圆锥形滚柱也沿轴向右移,使滚压头的径向尺寸增大。
滚压头径向尺寸应根据孔滚压过盈量
确定,通常钢材的滚压过盈量为0.1~0.12mm,滚压后孔径增大0.02~0.03mm。
径向尺寸调整好的滚压头,在滚压加工过程中圆锥形滚柱所受的轴向力经销
子、套圈、衬套作用在推力轴承上,最终经过渡套、调节螺母及心轴传至与滚压
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头右端M40×4螺纹相连的刀杆上。
滚压完毕后,滚压头从孔反向退出时,圆锥
形滚柱受一向左的轴向力,此力传给盖板2经套圈、衬套将压缩弹簧压缩,实现
向左移动,使滚压头直径缩小,保证滚压头从孔中退出时不碰坏已滚压好的孔壁。
滚压头从孔中退出后,在弹簧力作用下复位,使径向尺寸又恢复到原调数值。
滚压用量:
通常选用滚压速度v=60~80m/min;进给量f=0.25~0.35mm/r;切削液采用50?
硫化油加50?
柴油或煤油。
结束语:
以上介绍了孔加工的常用加工方法、原理以及可达到的精度和表面粗糙度。
但要达到孔表面的设计要求,一般只用一种加工方法是达不到的,而是往往要由
几种加工方法顺序组合,即选用合理的加工方案。
选择加工方案时应考虑零件的
结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求以及生产条件等。
14
短暂的两年大学生活很快就要结束了,我曾多么憧憬美好的学生时代,如今
当自己临近毕业时,我又留恋已经流逝的两年学生生涯。
本文是在老师悉心指导和亲切关怀下,并且在实习期间得到数控加工中心有
关领导的帮助,经过不断的学习和修改完成的。
老师严谨的学风,渊博的学识,谦逊的为人,丰富的实践经验,高瞻远瞩、
敏锐的科学眼光,将是我永远学习的楷模;老师乐观、正直、朴实的生活态度,
令我深深敬佩。
老师的谆谆教诲,将使我终生受益。
在此,谨致以衷心的感谢和
崇高的敬意。
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参考文献:
1朱从容,王魄,王春涛;内孔表面加工方法[J];机械工程师;2003年07期
2姜大志,孙俊兰;切削与加工表面完整性[J];机械制造;2000年12期
3陈子银,徐鲲鹏编.《数控加工技术》.北京理工大学出版社,2006年
4余英良编.《数控加工编程及操作》.高等教育出版社,2005年
5李华编.《机械制造技术》.高等教育出版社,2006年
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