螺旋锥形铰刀设计加工尝试
螺旋锥形铰刀设计加工尝试
江门市技师学院 李锦成
【摘要】锥形螺旋铰刀在铰孔时具有切削顺畅，排削好，铰削稳定不易起波纹，精度高，粗糙度好及寿命长的优点，但制造加工比较复杂。
在多年的工作中，我碰到一件只能用锥形铰刀加工的难题，主要是加工细长的锥孔，孔长约90-120毫米，小头的孔径最小约7毫米，（图1）。用镗孔刀加工因刀杆太细、太长受力不平衡无法达到切削刚度的基本要求，常规的加工方法很难加工，废品率很高，而铰刀有受力平衡强度较高，特别对这种长锥孔是比较好的加工刀具，在当时的条件下，加工这种锥孔，锥形长孔铰刀就成为加工的关键。
【关键词】锥形铰刀 螺旋型 加工
图1
【正文】铰刀通常又分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀一般用力不易平衡，同轴度保证比较困难，所以我在加工中选用机用铰刀，又因锥度不是标准的这种铰刀市场也不好买，并且还需要分粗铰、精铰多把成套配用，购买更为困难，最好的方法就是自己加工铰刀，我们为了保证粗糙度的要求和切削的平稳，铰刀决定做成螺旋型的，虽然难度较大，但能保证质量。
一、铰刀制作主要参数的选择（图2）
1、铰刀材料，我们首选的材料是高速钢，牌号是W18Gr4V，这种材料具有易加工、硬度高、寿命长的特点，热处理工艺也都很成熟。
2、铰刀齿数的选择，考虑到受力均匀平衡，刀体还要有足够的刚性，切削的容屑空间及排屑顺畅，还要便于测量，因此选择对称的6齿。
3、铰刀的前角，考虑到零件材料比较软（铸铜），不易用大前角，刃口还要锋利以便降低切削力，同时需防止扎刀，选用零度比较合适。
4、螺旋角（刃倾角、刃口与轴线的夹角）主要考虑铰削的稳定性，角度过大对切削的稳定性提高不大，过小起不到作用，考虑选择4度到6度之间较为合适，旋向选择左旋更为有利避免扎刀。
5.粗糙度要保证加工后的光洁，避免刀瘤，粗糙度过高加工困难，过低保证不了质量，综合考虑铰刀刃口的粗糙度前后面都选择不大于Ra0.8
图2
二、铰刀的加工（车、铣加工）
铰刀的粗加工都是常规的车削加工，就不多说了，关键是铰刀的开齿比较复杂，开齿工作由卧铣床进行。
铣刀的选择，如果是直齿的铣刀，用单角铣刀（图3）很方便就可以加工出来，因为是螺旋型的齿槽，单角铣刀在加工的过程中，刀具的旋转轨迹会与刀槽的运动轨迹产生干涉（图4），破坏齿型，所以必须选择双角铣刀（图3），还要尽量选用刀盘直径较小的更为有利。
图3 图4
挂轮计算，根据螺旋线的螺旋角选择接近的导程传动比，用于分度头和工作台之间的挂轮。
计算铣刀在大头和小头上的偏移量，确定工作台要旋转的角度，因为用的是双角铣刀，为了保证加工出来的铣刀的前角为零度，工件必须旋转一个与铣刀角相应的角度，这样刀尖对轴线就产生了一个偏移量（图5中A），在大头上和小头上的偏移量不同，刀尖的轨迹和轴线就形成了一个角度，这就是工作台要调整的角度。
计算刀尖轨迹在大小头上的高差（图5中B），再推算出工件全长上的高差，调整顶尖的高度。因为双角度的铣刀偏移后，在大小头除偏移量的不同，在高度上也产生不同，但工作台与刀具是平行运动的，所以工件的两端要作相应的调整，保证轨迹的平行。
图5
工件采用两球顶尖装夹加工，由于两端高度不相同，不能在一直线上，普通60度顶尖在工件的顶尖孔里会产生干涉，会破坏顶尖孔表面，也就破坏了加工精度，因此必须两端用球型顶尖装夹加工。
三、铰刀的热处理
铰刀材料用的是W18Gr4V高速钢，加工前经过锻造及退火处理，在机加工后，会产生应力和变形，铰刀又长又细热处理容易产生变形开裂的问题，这些都是要特别注意的地方，在热处理中我们采用将工件垂吊进行加热和淬火，由于高速钢导热率差，塑性较低，加热到1270度以临界温度会产生很大应力，易引起变形开裂，因此加热进行分级加热，淬火也进行分级淬火，最后还进行3次回火，其目的就是减少变形，防止开裂，提高稳定性，提高硬度，经这样的工艺安排，热处理后的硬度都大于HRC62.
四、铰刀的精加工（精磨）
铰刀的精磨在万能刀具磨床上进行，先进行外圆的粗精磨，在磨刀具的前面时，由于刀槽较小，砂轮必须选用粒度较大的树脂蝶形砂轮，在磨后面和后角时，在刃口处留有0.1到0.2不磨，为的是让铰刀还保留定位和修光的作用。
五、铰刀使用注意事项
铰刀加工完成后，使用还是要特别小心的，因为本身细又长，自身对不同轴的纠正能力很有限，所以底孔的不正，很容易造成加工的不同轴，同轴度的保证，很大程度上取决于底孔的同轴度，我在加工中，孔钻好后，在大端都要进行镗孔和粗铰，减小加工余量的同时修正同轴度，最后进行精铰和光铰。
【结束语】经改用螺旋铰刀对锥长孔的加工后，产品加工的成品率由过去的10%提高到95%，效率也大为提高，由于精度的提高使用中师傅反映比过去问题少了很多，调试也方便多了，效果还是很明显的，得到了厂领导和师傅的好评，为厂解决了一大难题。
参考文献
1、《高级车工技能训练》 中国劳动出版社 1991年6月
2、《车工操作技能手册》 机械工业出版社 2004年4月
3、《机床夹具设计》 王启平 哈尔滨工业大学出版社 2005年
4、《机械制造工艺基础》安承业 黄观尧 天津大学出版社
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