發(fā)動(dòng)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(huì)因?yàn)榈毒咧圃煲约霸O(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(duì)我公司某種機(jī)型發(fā)動(dòng)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(gè)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(gè)），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(jí),，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(shí),，一般采用的工藝為：鉆（或擴(kuò)）孔→鉸孔。對(duì)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(diǎn)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(jì)經(jīng)驗(yàn)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°,。
（2）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(yàn),。
（3）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(shí)進(jìn)給力小，切入時(shí)導(dǎo)向性好,，但排屑困難,，且加工切入切出時(shí)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),?？傮w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(shí)使刀齒切入的凹痕定向重復(fù)加深,，也可選用對(duì)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(shí)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(shí)際加工過程中會(huì)出現(xiàn)孔徑變大或變小的現(xiàn)象,。當(dāng)孔徑變大時(shí)，鉸刀直徑極限尺寸計(jì)算公式為
dmax=Dmax－Pmax
dmin=Dmax－Pmax－G
當(dāng)孔徑變小時(shí),，鉸刀直徑極限尺寸計(jì)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(dòng)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(yàn)積累以及試驗(yàn),， 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(gè)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(duì)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(shí)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(dòng)波動(dòng)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(jì)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(duì)以上影響鉸孔質(zhì)量的原因分析,，結(jié)合實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，提出以下改善措施：
?。?）根據(jù)鉸刀直徑計(jì)算公式,，對(duì)實(shí)際加工材料特性進(jìn)行分析，可適當(dāng)對(duì)鉸刀直徑公差進(jìn)行調(diào)整,，以保證孔徑合格,。
（2）檢查機(jī)床主軸跳動(dòng)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,。
?。?）選擇合理的切削速度及進(jìn)給量。由于鉸孔是轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)導(dǎo)致徑向摩擦力增大,，鉸刀會(huì)迅速磨損引起鉸刀顫動(dòng),，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。
?。?）鉸刀設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇,。如針對(duì)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(huì)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(huì)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(yàn)建議留出鉸刀直徑1%～3%大小的厚度作為鉸削余量（直徑值）,。
（7）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(duì)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(duì)使用產(chǎn)品的要求越來越高,，加工水平也需與時(shí)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(shí)踐與創(chuàng)新的道路上任重道遠(yuǎn),。