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高精度垂直钻孔

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提高钻孔精度的方法

一、划线的精度  

由于钻孔时的位置精度基本上取决于划线的精确度和钻头相对于孔中心定位的精确度,所以在钻孔前,首先要熟悉图纸的工艺要求,确定加工工序,计算出各部分工艺尺寸,加工好基准面。由于划线的线条有一定的宽度,划线的误差一般在0.2mm左右,孔径越大误差越大。所以要提高划线精度,应该挑选刀口比较锋利的高度游标尺,以确保在工件的加工表面划出的孔中心线的沟痕较深、较细。划线前应对高度游标尺进行校准,按照孔的位置尺寸要求,用高度游标尺划出孔的十字中心线,线条一定要清晰、准确,并且要一次完成,不能重复划线,二次划线必定会增加线条的宽度,从而不能保证孔中心的准确定位,划完线后应用游标卡尺或钢板尺检验。为了降低检测孔中心与标准位置的尺寸偏差,检验合格后还应以孔中心线为对称中心,用高度游标尺划出各尺寸孔的检验圆或检验方框,作为钻孔时的检验线,一般可划2到3个大小不一的检验方格或检验圆,大的检验方格应略大于孔径,小的检验方格应小于孔径,略大于所用钻头的横刃。由于用划规划检验圆中心比较难定位,一般在工作中常采用划检验方框的方法,并在钻削过程中用目测检验的同时,利用卡尺测量孔和基准面的方法,保证其位置精度。为了减少扩孔纠偏底孔的位置的次数,缩短操作加工时间,所以,划完线打完样冲眼后要仔细检查其位置精度,并及时纠正产生的偏差。

二、工件的装夹  

装夹工件之前首先要清理钻床台面、夹具表面、工件基准面。由于在日常工作中常发生工具或工件掉落砸在工作台面的现象,造成台面的平面度的误差,所以在装夹前应用油石研磨台面。工件要求装夹牢固,并用0级精度的角尺或者0.02mm的水平仪测量垂直度和水平度,用薄垫片来调整,如果使用平口钳装夹工件应选用高精度平口钳,由于在钻孔过程中必须使用游标卡尺等测量工具测量其位置精度,为了方便测量,将工件装夹在平口钳上时应高出钳口一定尺寸。由于钻床精度和钻头的弹性变形问题,钻头在装夹时一定要尽量的短,以便提高钻头的刚性和强度,从而保证其位置精度和尺寸精度的准确性。        

三、定位孔的校准      

划好线后应先打样冲眼,这是保证钻孔位置精度的重要环节。样冲一定要 磨的尖而圆,将样冲垂直先轻轻打一小点,然后从十字中心线各角度仔细观察,点是否打在十字交叉点上,确定无误后再用力打正打大,以便钻头准确定心,定心准了,才能保证钻孔位置精度,否则会增加扩孔纠正的难度和次数。       

在工作中还经常用到一种不用打样冲眼的操作方法:在工件上划好线和检验方格并检验合格后,直接在钻床上装夹找正,用一只M4—M6的丝锥装夹在钻夹头上,开动钻床,仔细观察丝锥尖和钻夹头的同轴度,如果摆动较大再重新装夹找正,将丝锥尖对准要钻孔的十字中心线,开动钻床,先轻轻下压,会出现一个标准的小圆锥坑,检验圆锥坑和检验方格四条边的距离是否相等,如果有偏差,纠正后重复前面的工作,并稍用力使锥坑扩大,直至在公差范围内。      

然后换上小钻头或中心钻钻一小孔,钻头直径太小,强度弱,加工过程中易折断;钻扩纠偏时,钻头弯曲、偏斜,导致向欲纠偏的相反方向加工,加大了原有的孔的位置误差。因为中心钻既能很好定位又能保证足够的刚度和强度,所以在钻底孔时选用中心钻为宜。      

底孔钻削测量合格后用中心钻钻一60o的锥孔,并再次用检验方格或检验圆检验孔的位置精度,随后用较大一些的钻头钻扩底孔,扩孔过程中如果前面的工序有偏差这时候就要进行纠正,如果偏移量较小,可在扩孔的同时将工件向偏移的反方向加一作用力来纠正。如果偏移量较大应在反方向打样冲眼或用錾子錾槽,减小切削阻力,使钻头产生偏移,达到纠正的目的。纠正后的孔留0.5mm—1mm的余量。     

四、钻头的刃磨      

标准麻花钻为了保证其刚性、强度以及导向性能,在制造过程中仅制造出微小的导向锥度和零度的副后角。副后角和孔壁的摩擦严重,影响了孔的尺寸精度和粗糙度。用标准麻花钻在普通的钻床上钻孔,钻孔精度一般在IT10—IT11,表面粗糙度在Ra25—100μm,所以标准麻花钻不具备精加工的优点,属于粗加工刀具。如果要获得较高的表面粗糙度,又有较高的孔径精度,就要对标准麻花钻的几何参数进行刃磨 。钻头与铰刀比较,有相似的地方,如有两条主切削刃和副切削刃,副切削刃呈螺旋形,并有刃带和倒棱,可以增加切削的平稳性。只要将钻头的切削角度及表面粗糙度,参照铰刃的要求加以改进和提高。以便减少棱边与孔壁的摩擦,避免切屑对孔壁的擦伤;避免钻削过程中的定心不稳和振动;避免产生切削瘤;减少切削变形和残留面积。基本上就具备了类似铰刃的条件,所以能扩钻精度较高的孔,可以从以下几个方面对钻头进行刃磨:      

1主切削刃的第一顶角不变,磨出第二顶角和切削刃,新的切削刃长度在3—4mm,第二顶角根据工件的材质不同一般在50o—75o左右,后角不宜过大一般在6o—8o左右,以免产生振动,影响孔的精度。两边切削刃的角度必须对称,这样就可以形成粗、精加工的联合切削刃,减少切削厚度和切削变形,提高修光能力,改善散热条件,有利于提高孔的表面粗糙度。将新切削刃和棱边的连接处用细油石磨出R0.2—0.5mm的圆弧过渡刃,可以增加切削刃的强度,减少残留面积的高度。      

2钻头前端棱边宽度磨窄,根据钻头的直径大小一般留0.1—0.3左右,长度为4mm—5mm左右,以增加棱边的副后角,减少棱边与孔壁的摩擦。  

3把棱边磨成和螺旋铣刀一样的棱刃。副后角的值随钻头直径的大小而改变,直径越大棱边越高,磨出的副后角就越大,反之就越小,一般4o___8o为宜。主后面与刃磨出的副后面相交处用细油石磨成圆弧过渡。各切削刃的前后刀面用细油石研磨,使其粗糙度达Ra0.4,保证钻孔时得到较高的孔壁光洁度。  

4磨出负刃倾角,一般刃倾角在-10°~-15°,使切屑流向待加工表面以避免擦伤孔壁,有利于提高孔的表面粗糙度。  

5最大钻削直径的棱刃要控制在孔径公称范围之内。

五、合理的切削用量  钻孔的切削用量,主要是指切削速度和进给速度。合理的切削用量直接影响生产效率、加工精度、表面粗糙度和钻头寿命等。  

影响孔表面粗糙度的主要因素是进给速度,切削速度则是影响钻头寿命的主要因素。因此,合理的切削用量,应综合考虑工件材料的硬度、强度、孔径大小、孔的深度、表面粗糙度等多方面的因素。  

材料硬度高,强度大,孔径比较大时,切削速度不宜过高;材料硬度低,强度小时,切削速度可以相应的提高一些。     

碳素工具钢、铸钢、合金工具钢钻孔的切削用量,应比普通碳钢的切削用量减少1/5—1/3左右;钻不锈钢的切削用量应减少1/2左右;钻铸铁件的进给量应增加1/5而切削速度应减少1/5左右。      

钻削过程中,有些材料会产生硬化层,如不锈钢等,进给量应大一些,以减少钻头磨损。  

孔的精度越高,切削用量相应的可选择小一些,钻小孔时,应用手动进刀。

六、选用合适的切削液     

由于钻孔过程中钻头与工件接触摩擦产生切削热及切削变形,严重影 响了钻头的切削能力,甚至造成钻头退火报废,使钻孔无法继续,降低了生产效率。钻孔过程中,应根据加工材料的不同性质和加工精度的不同要求,选用合理的切削液,增强润滑作用,避免冷作硬化并达到较好的粗糙度,将显著提高钻头的切削力和使用寿命,也提高了钻孔的加工精度和工作效率。      

一般的钻孔属于粗加工工序,冷却是使用切削液的主要目的。所以,当加工一般的孔时,常使用3%—5%的乳化油水溶液。  

在硬度和强度较高的材料上钻孔时,可在切削液中增加二硫化钼等成分,以减少摩擦和切削负荷。  

在塑性及韧性较高的材料上钻孔,可在切削液中加入适量的矿物油,增加润滑能力,以避免切屑瘤的产生。  

钻精度较高的孔时,为了提高精度得到比较好的表面粗糙度,应选择机油、硫化切削液。

七、其它注意事项  

钻孔时应选择精度比较高的钻床,如果钻床的主轴的径向摆差较大,可用浮动钻夹头装夹钻头。  

尽量使用新的或者精度等级接近要求的钻头。钻头尽量的短一些以增加其刚性。  预钻孔时应使用切削液,以防止产生较多的冷作硬化层,否则会增加切削负荷磨损钻头。    

结束语:   

通过工作中的实践证明,只要能够合理的运用这些加工措施,保证划线的精度,定位精度,麻花钻几何尺寸的刃磨精度,选择合适的切削用量和切削液,获得较高的孔加工质量是不难达到的,其效果接近铰孔,精度能达到0.02~0.04mm粗糙度Ra1.6~Ra3.2μm而且操作简便,容易掌握。

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