精密小孔系加工工藝研究

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作者：馬英霞 李旭鵬

單位：慶安集團有限公司

來源：《金屬加工（冷加工）》2015年第21期

隨著數字化的發展，產品的性能要求越來越高，進而對零組件的尺寸精度、形位精度要求更嚴。單一精密小孔的加工對企業來說不是什麼難題，但對於精密小孔系的加工仍是亟待解決的問題。

圖1所示是某液壓閥結構中一殼體零件，是產品上重要的功能件，孔系是配合表面。零件材料為DT4E，技術條件GB6983—86。該零件尺寸精度及形位精度要求較高，特別是φ4.5H7、φ4.5H8、φ4.7H7孔系的加工是此殼體零件的加工難點。

1.零件分析

（1）零件材料分析。該零件材料為DT4E，屬於硬度較低、剛度較差的材料。DT4E材料在切削過程中有如下特點：材料質地較軟、粘性較大；切削溫度高；切屑不易折斷，易粘結；刀具易磨損。

（2）零件結構分析。此零件是液壓閥中的重要的功能零件，孔系表面要有高的硬度、好的耐磨性、強的耐腐蝕性、高的表面質量，因此對零件的孔系表面進行鍍鎳處理。φ4.5H7、φ4.7H7尺寸為鍍鎳後尺寸，因要求表面鍍鎳層厚度為9～12μm，因此機械加工需保證孔的鍍前尺寸φ4.5mm、φ4.7mm，同時需保證孔系的形位公差要求（基準A為零件左端φ35s7外圓）。

φ4.7H7孔與φ4.5H7孔聯接處要求R0.2mm，而兩孔的單邊差異只有0.1mm，這為加工帶來了難度，且一般刀具很難保證R要求。

（3）加工現狀。在加工過程中，存在以下問題，造成零件的合格率低，產品不能按期交付。

因加工刀具、切削參數、切削應力的影響，零件易於變形，精密小孔系尺寸不能滿足工藝鍍前尺寸的要求。

φ4.5H7孔的孔壁厚度＜1mm，加工過程因零件的變形，局部出現孔壁穿透現象。

精密小孔孔底根部要求R0.2mm，需通過修磨刀尖R保證，因手工修磨的刀尖R不規則，造成零件不合格。

為了提高零件的合格率，保證產品的按期交付，採取了以下措施。

2.採取措施

（1）優化工藝方案。工藝方案優劣是影響零件加工質量的重要因素，故首先從工藝方案上進行優化。

根據零件結構及尺寸特點，及多次試驗的驗證，將工藝方案優化為粗加工→熱處理→半精加工→精加工。細節如下：①粗加工去除大量的切削餘量。②半精加工選用雙主軸加工中心，零件一次裝夾，除精密小孔系留精加工餘量外，其餘各尺寸加工至設計圖樣的要求，這樣可有效保證零件各尺寸及形位要求。孔系φ4.5mm、φ4.7mm加工至φ4.5mm、φ4.7mm，形位公差滿足圖樣要求。③精加工採用改進鉸刀加工小孔，有效保證了孔的尺寸和形位公差要求。

（2）選擇合適的加工設備。對尺寸公差在千分位的零件，一般選擇的加工方法是研磨或坐標磨。但對於材質較軟，孔為盲孔且短孔的零件，因存在讓刀等因素，選擇這兩種方法不太理想，研磨加工會將孔加工成錐度孔，坐標磨加工無法保證孔徑及孔底根部R0.2mm要求。

鑒於以上原因，結合零件的結構特點，選擇定位精度高、加工精度高、操作方便的瑞士精密小車床——肖布林SCHAUBLIN150作為加工此零件精密小孔系的設備。

（3）採用理想的加工刀具及刀具參數。加工φ4.5mm、φ4.7mm孔，較好的刀具是鉸刀。

鉸刀的工作部分由切削部分和校準部分組成（見圖2）。切削部分為錐形，擔負主要切削工作。一般的設計角度為：主偏角 5°～15°，前角°，后角5°～8°。校準部分的作用是校正孔徑，修光孔壁和導向。為此，這部分帶有很窄的刃帶γ=0°，α=0°，如圖3所示。

為保證孔徑尺寸，改制普通高速鋼，齒數為6齒的1201/4.6H7、1201/4.8H7鉸刀作為精加工刀具。採用成組刀具對精密小孔系進行加工，並將03#、04#刀具的切削部分修磨出與校準部分相似的刃帶，刀尖磨成R0.2mm。刀具參數如表1所示。

（4）工裝的設計。為了能保證精密小孔系孔徑尺寸，同時不破壞半精加工時精密孔的狀態，採用自製浮動彈簧夾頭（見圖4）夾持鉸刀。浮動彈簧卡頭採用一種特殊設計的機構，既能使刀柄在平行於軸線方向浮動，又能在垂直空間內角度浮動，以補償因機床熱變形、工件安裝、鉸刀等在水平軸向或在垂直空間內的誤差。

該裝置主要由浮動套、螺釘和過渡套組成。鉸刀柄部安裝在浮動套內，浮動套與過渡套之間有0.2mm的間隙。加工過程中鉸刀可以隨工件自動定心,螺釘可限制浮動套與過渡套的相對轉動,將過渡套的錐柄插入車床尾座的套筒內,形成了鉸刀與機床的浮動聯接。在加工過程中鉸刀可存在3種浮動：平行於軸線方向浮動；垂直空間內角度浮動；平行於軸線方向和垂直空間內角度同時浮動。

（5）加工參數的優化。通過多次試驗，調整加工參數，最終選擇出表2所示加工參數，不但保證了零件精密小孔系孔的尺寸要求，而且加工效率相對較高。

（6）切削液的選用。切削液是加工過程不可缺的要素，主要起潤滑和冷卻作用，因03#、04#刀具存在刃帶，為減少切削時的摩擦力，保證精密小孔的加工精度，提高加工表面質量，選用現場數控車床常用的切削液作為此零件精加工的切削液。

3.結語

通過3批、共45件零件的加工，精密小孔系孔的合格數達到44件，合格率97.8%，解決了公司生產任務的交付，同時為公司在精密小孔系加工方面積累了經驗。此方法可推廣至其他精密孔系或精密孔的加工。

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