7.2 套筒类零件内孔表面的加工

    7.2.1套筒类零件的内孔表面的普通加工方法

    套筒类零件的加工表面主要有端面、外圆表面、内圆（孔）表面。端面和外圆加工，通常在车床上进行，相对比较容易。内圆（孔）与外圆相比，孔加工的难度较大，所使用刀具的直径，长度和安装等都受到被加工孔尺寸的限制，因此，加工同样尺寸精度的内孔和外圆时，则孔加工比较困难，往往需要较多的工序。常用的孔加工方法有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔以及各种孔的光整加工和特种加工。

    (齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 钻孔

    钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法，通常采用麻花钻在钻床或车床上进行钻孔，但由于钻头强度和刚性比较差，排屑较团难，切削液不易注入，因此，加工出的孔的精度和表面质量比较低，—般精度为 IT11~IT13 级，表面粗糙度 Ra 为 50 ~12.5 。

    在钻孔时钻头往往容易产生偏移，其主要原因是：切削刃的刃磨角度不对称；钻削时工件端面钻头没有定位好；工件端面与机床主轴线不垂直等。为了防止和减少钻孔时钻头偏移，工艺上常用下列措施： ① 钻孔前先加工工件端面，保证端面与钻头中心线垂直。 ② 先用钻头或中心钻在端面上预钻一个凹坑，以引导钻头钻削。 ③ 刃磨钻头时，使两个主切削刃对称。 ④ 钻小孔或深孔时选用较小的进给量，可减小钻削轴向力，钻头不易产生弯曲而引起偏移。 ⑤ 采用工件旋转的钻削方式。 ⑥ 采用钻套来引导钻头。钻孔时，钻头直径一般不超过 75mm ，钻较大的孔 (> Ф 30mm) 时，常采用两次钻削，即先钻较小 ( 被加工孔径的 0.5~0.7 倍 ) 的孔，第二次再用大直径钻头进行扩钻，以减小进给抗力。

    （2） 扩孔

    扩孔是用扩孔刀具对已钻的孔作进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低粗糙度。扩孔后的精度可达 ITl0 ～ ITl3 级，表面粗糙度 Ra6.3 ~3.2 。通常采用扩孔钻扩孔，扩孔钻与麻花钻相比，没有横刃，工作平稳，容屑槽小，刀体刚性好，工作中导向性好，故对于孔的位置误差有一定的校正能力。扩孔通常作为铰孔前的预加工，也可作为孔的最终加工。扩孔方法和所使用的机床与钻孔基本相似，扩孔余量 (D-d) 一般为 (1/8)D 。扩孔钻的形式随直径不同而不同。锥柄扩孔钻的直径为 ，套式扩孔钻的直径为 。用于铰前的扩孔钻，其直径偏差为负值；用于终加工的扩孔钴，其直径偏差为正值。使用高速钢扩孔钻加工钢料时，切削速度可选为 15~40m/min ，进给量可选为 0.4~2mm/r ，故扩孔生产率比较高。当孔径大于 100mm 时，切削力矩很大，故很少应用扩孔，而应采用镗孔。

    （3）铰孔

    铰孔是对未淬火孔进行精加工的一种方法。铰孔时，因切削速度低，加工余量少，使用的铰刀刀齿多，结构特殊 ( 有切削和校正部分 ) 、刚性好、精度高等因素，故铰孔后的质量比较高，孔径尺寸精度一般为 IT7~ITl0 级。铰孔分手铰和机铰，手铰尺寸精度可达 IT6 级，表面粗糙度 Ra 为 0.4~0.2 。机铰生产率高，劳动强度小，适宜于大批大量生产。 铰孔主要用于加工中小尺寸的孔，孔径一般在 3~150mm 范围。铰孔时以本身孔作导向，故不能纠正位置误差，因此，孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序保证。为了保证铰孔时的加工质量，应注意如下几点：

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 合理选择铰削余量和切削规范，铰孔的余量视孔径和工件材料及精度要求等而异。对孔径为 5~80mm ，精度为 IT7~ITl0 级的孔。一般分粗铰和精铰。余量太小时，往往不能全部切去上工序的加工痕迹，同时由于刀齿不能连续切削而以很大的压力沿孔壁打滑，使孔壁的质量下降。余量太大时，则会因切削力大，发热多引起铰刀直径增大及颤动，致使孔径扩大。加工余量可参见表 7.1 。

表 7.1 铰孔前孔的直径及加工余量 (mm)

    合理选用切削速度可以减少积屑瘤的产生，防止表面质量下降，铰削铸铁时可选为 8~10m/min ；铰削钢时的切削速度要比铸铁时低，粗铰为 4~10m/min ，精铰为 1.5 ～ 5m/min 。铰孔的进给量也不能太小，因进给量过小会使切屑太薄，致使刀刃不易切入金属层面打滑，甚至产生啃刮现象，破坏了表面质量，还会引起铰刀振动，使孔径扩大。

    2）合理选择底孔 底孔 ( 即前道工序加工的孔 ) 好坏，对铰孔质量影响很大。底孔精度低，就不容易得到较高的铰孔精度。例如上一道工序造成轴线歪斜，由于铰削量小，且铰刀与机床主轴常采用浮动联接，故铰孔时就难以纠正。对于精度要求高的孔，在精铰前应先经过扩孔、镗孔或粗铰等工序，使底孔误差减小，才能保证精铰质量。

    3) 合理使用铰刀 铰刀是定尺寸精加工刀具，使用得合理与否，将直接影响铰孔的质量。铰刀的磨损主要发生在切削部分和校准部分交接处的后刀面上。随着磨损量的增加，切削刃钝圆半径也逐渐加大，致使铰刀切削能力降低，挤压作用明显，铰孔质量下降，实践经验证明，使用过程中若经常用油石研磨该交接处，可提高铰刀的耐用度。铰削后孔径是扩大或收缩以及其数值的大小，与具体加工情况有关。在批量生产时，应根据现场经验或通过试验来确定，然后才能确定铰刀外径，并研磨之。为了避免铰刀轴线或进给方向与机床回转轴线不一致，出现孔径扩大或“喇叭口”现象，铰刀和机床一般不用刚性联接，而可采用浮动夹头来装夹刀具。

    4) 正确选择切削液 铰削时切削液对表面质量有很大影响，铰孔时正确选用切削液，对降低摩擦系数，改善散热条件以及冲走细屑均有很大作用，因而选用合适的切削液除了能提高铰孔质量和铰刀耐用度外，还能消除积屑瘤，减少振动，降低孔径扩张量。浓度较高的乳化油对降低粗糙度的效果较好，硫化油对提高加工精度效果较明显。铰削一般钢材时，通常选用乳化油和硫化油。铰削铸铁时，一般不加切削液，如要进一步提高表面质量，也可选用润湿性较好、粘性较小的煤油做切削液。

    （4）镗孔

    镗孔是最常用的孔加工方法，可以作为粗加工，也可以作为精加工，并且加工范围很广，可以加工各种零件上不同尺寸的孔。镗孔使用镗刀对已经钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工。镗孔一般在镗床上进行，但也可以在车床、铣床、数控机床和加工中心上进行。镗孔的加工精度为 IT8~ITl0 ，表面粗糙度 Ra 为 6.3 ~0.8 ．由于镗孔时刀具 ( 镗杆和镗刀 ) 尺寸受到被加工孔径的限制，因此，一般刚性较差，会影响孔的精度，并容易引起弯曲和扭转振动，特别是小直径离支承较远的孔，振动情况更为突出。与扩孔和铰孔相比镗孔生产率比较低．但在单件小批生产中采用镗孔是较经济的，因刀具成本较低，而且镗孔能保证孔中心线的准确位置，并能修正毛坯或上道工序加工后所造成的孔的轴心线歪曲和偏斜。由于镗孔工艺范围广，故为孔加工的主要方法之一。直径很大的孔和大型零件的孔，镗孔是唯一的加工方法。

    (5)拉孔

    拉孔大多是在拉床上用拉刀通过已有的孔来完成孔的半精加工或精加工。拉刀是—种多齿的切削刀具。拉削过程如 图 7.2 所示只有主运动，没有进给运动。在拉削时由于切削刀齿的齿高逐渐增大，因此每个刀齿只切下—层较薄的切屑，最后由几个刀齿用来对孔进行校准。拉刀切削时不仅参加切削的刀刃长度长，而且同时参加切削的刀齿也多，因此，孔径能在一次拉削中完成。因此，它是一种高效率的加工方法。一般拉削孔径为 10~100mm ，拉孔深度一般不宜超过孔径的 3~4 倍。拉刀能拉削各种形状的孔，如圆孔、多边孔等。

    由于拉削速度较低，—般为 2~5m/min ，因此，不易产生积屑瘤，拉削过程平稳，切削层的厚度很薄，故一般能达到 IT7~IT8 级精度和表面粗糙度 Ra1.6 ~0.4 。

    拉削过程和铰孔相似，都是以被加工孔本身作为定位基准，因此不能纠正孔的位置误差。

    （6）磨孔

    对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周表面（如有键槽或花键的孔）、阶梯孔及盲孔时，常采用磨孔作为精加工。磨孔时砂轮的尺寸受被加工孔径尺寸的限制，一般砂轮直径为工件孔径的 0.5~0.9 倍，磨头轴的直径和长度也取决于被加工孔的直径和深度。故磨削速度低，磨头的刚度差，磨削质量和生产率均受到影响。 磨孔的方式有中心内圆磨削、无心内圆磨削。中心内圆磨削是在普通内圆磨床或万能磨床上进行。无心内圆磨削是在无心内圆磨床上进行的，被加工工件多为薄壁件，不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要求较高。这种磨削方法多用于磨削轴承环类型的零件，其工艺特点是精度高，要求机床具有高精度、高的自动化程度和高的生产率，以适应大批大量生产。由于内圆磨削的工作条件必外圆磨削差，故内圆磨削有如下特点：

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 磨孔用的砂轮直径受到工件孔径的限制。约为孔径的 0.5~0.9 倍，砂轮直径小则磨耗快，因此经常需要修整和更换，增加了辅助时间。

    2） 由于选择直径较小的砂轮，磨削时要达到砂轮圆周速度 25--30m/s 是很困难的。因此，磨削速度比外圆磨削速度低的多，故孔的表面质量较低，生产效率也不高。近些年来已制成有 100000r/min 的风动磨头，以便磨削 1~2mm 直径的孔。

    3） 砂轮轴的直径受到孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差，容易弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮轴的偏移，从而影响加工精度和表面质量。

    4） 砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬，工件易发生烧伤，故应选用较软的砂轮。

    5） 切削液不易进入磨削区，排屑较困难，磨屑易积集在磨粒间的空隙中，容易堵塞砂轮，影响砂轮的切削性能。

    6 ）磨削时，砂轮与孔的接触长度经常改变。当砂轮有一部分超出孔外时，其接触长度较短，切削力较小，砂轮主轴所产生的压移量比磨削孔的中部时为小，此时被磨去的金属层较多，从而形成 “喇叭口”。为了减小或消除其误差，加工时应控制砂轮超出孔外的长度不大于 1/2~1/3 砂轮宽度。内圆磨削精度可达 IT7 ，表面粗糙度可达 。

    （7）深孔加工

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1)深孔加工的工艺特点 通常把深度与直径之比 L/D>5 的孔称为深孔。深径比不大的孔，可用麻花钻在普通钻床、车床上加工；深径比大的孔，必须采用特殊的刀具、设备及加工方法。深孔加工比一般的孔加工要复杂和困难得多。深孔加工工艺主要有以下特点： ① 深孔加工的刀杆细长，强度和刚度比较差，在加工时容易引偏和振动，因此，在刀头上设置支承导向极为重要。 ② 切屑排除困难。如果切屑堵塞则会引起刀具崩刃 , 甚至折断。因此需要采取强制排屑措施。 ③ 刀具冷却散热条件差，切削液不易注入切削区，使刀具温度升高，刀具的耐用度降低，因此必须采用有效的冷却方式。在深孔加工时，必须采取各种工艺措施解决以上 3 个主要方面的问题。

    2）深孔钻削方式 在单件小批生产中，深孔钻削常在普通车床或转塔车床上用接长的麻花钻加工。有时工件作两次安装，从两端钻成。钻削时钻头须多次退出，以排除切屑和冷却刀具。采用这种钻削方法劳动强度大且生产效率低。在成批大量生产中，普遍采用深孔钻床和使用深孔钻头进行加工。

深孔加工一般采用工件旋转，钻头轴向送进或工件与钻头同时反方向旋转、钻头轴向送进。这两种加工方法都不易使深孔的轴线偏斜，尤其后者更为有利，但设备比较复杂。若工件很大，旋转有困难，则可将工件固定、使钻头旋转并轴向送进。但采用这种方法时，若刀具旋转中心线与工件的轴线有偏移或斜交，则加工后孔的轴线也将有偏移或斜交。

    3）冷却和排屑方式 在深孔加工中，冷却（特别是刀具切削部分的冷却）和排屑是要解决的首要问题，由于在切削过程中，切削热的绝大部分传入切屑，如果切屑能顺利通畅地排出，在排屑的同时也就达到了冷却的目的。目前，排屑方式有外排屑、内排屑和喷吸三种方式，普遍采用的一种是内排屑方式。高压切削液由钻杆与工件孔壁间的空隙处压入切削区，然后带着切屑从钻杆中的内孔排出。采用这种排屑法时，切屑不会划伤已加工的孔壁，容易保证加工质量。