第十二章 推镗加工

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1、镗刀体上设置有多个导向块,大大提高了镗刀在 加工中的稳定性和镗杆的刚性,减轻了振动,提高了加 工精度。
2、在保证可靠断屑的条件下,采用一定压力的大流 量切削液进行冷却、润滑和排屑,可避免切屑对已加工 表面的划伤。
3、镗刀在切削中产生的径向切削分力由导向块的支 反力来平衡,可减弱镗削中的弯曲振动。
3、合理导向
由于深孔的长径比大,刀杆细而长,刚性较低,易产 生振动,并使加工的孔偏歪而影响加工精度和生产效率 ,因此深孔加工的导向问题需很好的解决。目前,在深 孔加工刀具中,都有2个以上导向块,使刀具在工件内 孔中以3点定圆,自行导向,解决了刀杆刚性不足的问 题。另外,在刀具切入时,还需要有导向装置和辅助支 承。
3.1 滚压加工的特点
滚压加工与切削加工相比,有以下特点:
(1)可降低零件表面的表面粗糙度,一般表面粗糙度R。可达0.2 ~0.05μm,特别是对软金属(如铜、铝及其合金等)可得到很 好的表面粗糙度,部分可代替精磨、研磨、珩磨和抛光等精加工 工序。
(2)强化金属表层,并保持金属纤维组织的完整。一般可使工件 表面层的显微硬度HV比原始硬度提高10%~60%,表面硬化层 可达0.2~5mm;可提高零件的疲劳强度5%~30%,使被加工零 件提高承受交变载荷的能力。
第十二章 深孔加工
第一节 深孔加工的基础知识
1.1 深孔的定义 孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类,也包括介于
两者之间的中深孔加工。一般规定孔深L与孔径D之比 大于5~10,即L∕D>5~10的孔称为深孔;L∕D≤5的孔 称为浅孔。
孔深度与直径之比,决定了孔加工工艺系统的刚度 及刀具结构上特点。L∕D增大,工艺系统刚度降低,切 屑排出及冷却、润滑的难度加大。
主轴箱
支撑架
{}
床头花篮
输油器
尾座
2.5 输油器的结构
图3输油器 1—前导向套;2—护盖;3—隔套;4—轴承架;5—中间接;6—圆螺母;7—轴
承架;8—套筒;9—输油器座;10—后导向套;11—锥套;12—调节螺母
2.6 深孔镗刀的结构
深孔镗刀在结构上具有深孔刀具的共性,即有导向 块,有排屑孔或进切屑液孔。深孔镗刀有多种结构形 式,常见的有焊接式硬质合金深孔镗刀、机械夹固式 硬质合金深孔镗刀和机夹可转位式硬质合金深孔镗刀 等。由刀块的位置和刀体内孔的形式,确定镗刀的镗 削方式。
(5)滚压加工与其他精密加工工艺相比,具有较高的 生产率。滚压工具结构简单,制造容易,操作方便, 刀具耐用度高,在普通车床、钻床、镗床上均可使用 。
(6)滚压加工适用于各种被加工材料,如碳素钢、合 金钢、铸铁、有色金属等。但对于原始硬度很高的零 件(超过HB400),其强化效果并不显著。一般以被 滚压材料的表面硬度不超过HB350为宜。
削能校正已有孔上的缺陷,如圆度误差、直线度误差 ,从而获得良好的几何精度和表面粗糙度。一般情况 下,镗孔精度可达IT7~IT8,表面粗糙度Ra可达3.2 ~0.4μm。
深孔镗削兼有普通镗削和深孔钻削的特点 ,深孔镗 削通过以下方法解决振动和镗杆刚性问题以及断削和 排削问题:
深孔镗削正是针对这些问题吸取深孔钻的优点,其特 点是:
图--粗镗头 1—粗镗刀体;2(7—9)—导向键;3—调整螺钉;4—导向合金
5(8—10)—垫片;6—紧定螺钉;11—压紧螺钉;12—镗刀
图—带修光刃的双刃镗刀块 1、刀体12、刀体23、紧固螺钉4、调整螺钉
第三节 深孔滚压加工
滚压加工是在常温状态下用滚压工具对零件表面 施加压力,使金属表面层产生塑性变形,修正零件表 面微观不平度,降低表面粗糙度数值;改变零件表层 的金相组织,形成有利的残余应力分布,提高零件的 物理机械性能和使用寿命。多数情况下,它可代替零 件的表面处理(如表面淬火、镀铬等)及精加工序( 如研磨、珩磨、抛光等)。它是内孔精加工的一种精 密强化加工方法,在机械加工中具有独特的加工意义 。
4、观察镗削过程困难,往往只能根据切屑的颜色或形 状、切削的声音、镗杆的振动来判断镗削过程是否正常 。
2.2 深孔镗削的分类
送进力方向
排削方式
推镗
拉镗
内排削 外排削 前排削 后排削
工序特征
粗镗
精镗
按主运动
工件旋转
刀具旋转
2.3 切削液的注入方式
切削液从镗杆后端输入
切削液从授油器输
2.4 深孔钻镗床的结构
深孔加工在我国20世纪50年代研制了群钻,自1958年开始使用 BTA钻头;70年代,研制并推广喷吸钻法;到1978年,DF法已在我 国设计完成并正式用于生产;1989年成功研制外排屑枪钻系统; 1994年,又成功研制了多尖齿内排屑深孔钻。
深孔加工的设备现多采用常规机床,如深孔钻镗床、深孔磨床 、珩磨机及通用车床改造成的深孔钻镗床。近年来,已出现数控深 孔钻镗床。
图--滚柱滚压工具 1—滚压元件;2—支承体
(2)滚轮式(见图):滚压元件为滚轮,滚轮轴线偏斜一个 角度β,以减小滚轮与工件的实际接触面积,提高单位滚压力 。在滚压时,工件表面与滚轮表面之间产生一定的速度差, 既有相对滚动,也有相对滑动,两种运动形成滚压与挤压的 综合效果,加大了工件表层金属的塑性变形,可强化和改善 工件表面质量。 滚轮式与滚珠式相比其特点是:滚压效果显著,可采用 较大进给量;滚轮寿命长,可以进行修磨;滚轮的材料、几 何形状及偏斜角等的选择余地大,滚压力大,但要求工艺系 统刚性要好,机床的功率要大。
1.3 深孔加工的特点
深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的,故具有 以下特点:
1不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验或使 用简易的电流(电压)表来判断切削过程是否正常。
2切削热不易传散。一般切削过程中80%的切削热被切屑 带走,而深孔加工只有40%,刀具占切削热的比例较 大,扩散迟、易过热,刃口的切削温度可达600℃,必 须采用强制有效的冷却方式。
(2)加长的导向键(见图11)导向性能好,同时也起到了承 托刀具的作用,及 润滑效果更好。
(4)利用刀头后端的调整螺钉,使加工尺寸更易控制。
(5)可拆卸的导向键,易于更换,节约成本。同时,通过更 换底部垫片,可以随时调整,加工不同孔径。
※ 焊接式深孔镗刀如图5所示,它由硬质合金刀片2、 硬质合金导向块1和刀体3焊接而成。该刀结构简单, 刚性好,制造方便,使用灵活,应用比较广泛。但焊 接式深孔镗刀存在着焊接缺陷,如刀片产生微观裂纹 和硬度降低,刀体随刀片一起报废。并且随着直径增 大,该缺点愈加突出。
图5焊接工深孔镗刀 1—导向块;2—硬质合金刀片;3—刀体
1—调整斜铁;2—刀垫;3—可转位刀片;4—导向块; 5—刀体;6—调整螺钉;7—刀垫压紧螺钉;8—导向块压紧螺钉
※粗镗头 该粗镗头(见下图)是我公司自主研发的深孔加工刀具,适 用于Φ63-Φ320缸筒内孔的粗加工。具有以下特点:
(1)通过尾端的特殊方牙螺纹与镗杆联接,保证与镗杆中心 线等高,更加利于尺寸精度的控制。
切削热不易传散,切屑不易排出,因此必须采用强 制冷却和强制排屑措施。目前采用高压将切削液通过 钻杆或内部直接送入切削区,起到冷却、润滑作用后 ,将切屑由钻杆内部或外部排出,达到强制冷却和排 屑的目的。
2、切屑的处理
排屑问题从切削过程来看,与分屑、卷屑和断屑三方 面密切联系。采用分屑和断屑措施来降低切屑容屑系 数(切屑容积与所切除金属体积之比),并应使切削 过程稳定,避免出现切屑开头突然变化和无规律状态 。
图--工件表面金属层变形
3.3 滚压加工方式
(1)滚珠式(见图):滚压元件为钢球,滚压时它与工件加工 表面呈点状接触,因此所施加的压力虽小,但单位滚压力较大 ,足以使工件表面产生一定的塑性变形。在滚压过程中,滚动 摩擦阻力使钢球随阻力的方向转动,钢球与工件之间只有相对 滚动,而无相对滑动。工件表面不会产生擦伤现象,因而表面 粗糙度较小。同时,钢球磨损均匀,且磨损量较小,使用寿命 较长。这种滚压方式适宜压光刚性较差的工件。
以上三个问题,构成了深孔加工技术的核心,所用的 刀具、装置和设备,构成了深孔加工系统。所以深孔加 工技术可定义为:使用一定压力的冷却润滑液及排屑系 统,采用导向良好的深孔刀具、机床和附加装置,来达 到高效、高精度的加工深孔的目的。
第二节 深孔镗削系统
2.1 深孔镗削的特点 深孔镗削是提高深孔加工精度的一种方法。深孔镗
(3)扩大配合零件的有效接触面积(一般较磨削后大20%左右) ,从而提高了零件的耐磨性和稳定性,改善了与其相配零件的配 合特性,如加速其磨合性、改善相对运动的工作条件、或提高过 盈配合的可靠性等。
(4)滚压加工过程中,工作平稳,受力均匀,产生热量少,一般 不产生表面退火、烧伤和裂纹等缺陷。但若滚压量过大,塑性变 形严重,孔表面易起皮或撕裂。
1.2 深孔加工的发展
1、18世纪初发明了扁钻;
2、1860年美国人改进了扁钻,发明了麻花钻;
3、20世纪初,由于枪炮生产的发展,发明了枪钻;
4、1943年,德国海勒公司发明毕涅耳加工系统,也就是我们常 说的内排屑深孔钻削系统,改进后称BTA法;
5、1963年,山特维克公司发明了喷吸钻法;
6、20世纪70年代中期,日本结合BTA及喷吸钻法的优点发明了DF 法,即单管双进油。
3切屑不易排出。由于孔深,切屑经过的路线长,容易发 生阻塞,造成刀具崩刃。因此,切屑的长短和形状要 加以控制,并要进行强制性排屑。
4工艺系统刚性差。因受孔径尺寸限制,孔的长径比较大 ,钻杆细而长,刚性差,易产生振动,钻孔易走偏, 因而支承导向极为重要。
1.4 深孔加工过程中要解决的问题
1、冷却、润滑与排屑
(7)内孔滚压加工的尺寸范围较大,加工直径为Φ2~ Φ500mm,可加工浅孔和深孔。
由此可见,滚压加工主要功用是精整尺寸、压光表 面、强化表层。不同的滚压方式其功用也有所侧重。 根据工件的尺寸、结构、具体用途、尺寸精度及表面 粗糙度的不同要求,可采用不同滚压方式和不同结构 的内孔滚压工具。
3.2 滚压机理
※机夹式深孔镗刀包括机械夹固式深孔镗刀和机夹可转位式深孔镗 刀,二者刀体结构相似但刀垫和刀片的装夹不同。前者刚性好,后者 使用方便。下图是机夹可转位式硬质合金镗刀,由导向块4、刀垫2、 可转位刀片3、调整斜铁1、调整螺钉6和刀体5构成。导向块由导向垫 和硬质合金导向块焊接而成,用螺钉夹固在镗刀体上。可转位刀片置 于刀垫上,并用螺钉紧固在镗刀体上。转动两头分别为左、右旋螺纹 的调整螺钉,带动调整斜铁轴向移动,可调整镗刀的径向尺寸。该刀 结构比较复杂,适用于直径Φ30mm以上的深孔镗刀。
※滚压加工是采用滚压工具对工件表层施加一定的压力,使工件 表层产生塑性流动。可将工件表面原始残留微观波峰和微观波 谷辊平,改变表面微观凹凸不平的分布状况,使表面粗糙度降 低。下图为工件表面层金属的塑性变形,其中,dw为滚压前 工件孔径,dm为滚压后工件孔径,Ra1和Ra2分别为滚压前后 工件表面轮廊算术平均偏差。
图--滚珠式滚压
(3)滚柱式(见图):滚柱自由地支持在支承元件上 ,在滚压过程中,滚柱与工件表面接触时产生的摩擦 力,使滚柱围绕自身的轴线作回转运动。它兼有滚珠 式和滚轮式两种滚压方式的特点。
图21滚柱式滚压 1—齿环;2—工件;3—多滚柱刚性滚压头;4—镗杆;5—输油器
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