孔的加工成形

7.3　孔的加工成形

孔是轴类、盘套类、支架和箱体类零件的主要表面（如轴承孔、定位孔等）之一，也可能是这些零件的辅助表面（如油孔、紧固孔等）。孔的技术要求有：

1）尺寸精度，包括孔的直径和深度的尺寸精度等。

2）形状精度，包括孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度等。

3）位置精度，包括孔与孔或孔与外圆表面的同轴度，孔与孔或孔与其他表面间的尺寸精度、平行度和垂直度等。

4）表面质量，包括表面粗糙度、表面层的加工硬化、金相组织变化及残余应力等。

孔加工的方法较多，常用的方法有钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨和研磨等。

1.钻削

（1）钻孔　钻孔（drilling a hole）是利用钻头在实体材料上加工内孔的工艺方法，应用非常广泛。

1）钻孔的工艺特点

i）刀具简单，一般为麻花钻头，钻头直径0.05～80mm，套料钻孔直径可达1 000mm。

ii）因钻头刚性较差，钻孔时钻头易引偏，影响孔的加工精度。一般不应在斜面上钻孔，为防止钻头引偏，加工孔端面应与孔中心线垂直。有时为保证孔的加工精度，应使用钻套，以便钻头导向，如图7-16所示。

图7-16　防止钻头引偏工艺措施

a）孔端面与孔中心线垂直　b）使用钻套

iii）钻头刃磨时，应尽量使麻花钻的两主切削刃磨得对称，使两个主切削刃的径向力相互抵消，以防止钻头引偏及孔径扩大。图7-17所示为麻花钻组成及切削部分。

iv）因钻头容屑槽窄小，应注意排屑及冷却润滑，以防钻头折断。在深孔加工时，往往采用一定压力的切削液冷却钻头，并带动切屑排出。

图7-17　麻花钻组成及切削部分

a）麻花钻组成　b）切削部分

1，4—主切削刃　2—前面　3—主后面　5—副后面　6—横刃

2）钻孔工艺的应用

i）钻孔多为粗加工，其加工精度为IT11～IT13，表面粗糙度R_a为12.5～25μm，多用于螺栓孔、油孔的加工，内螺纹底孔也可用钻孔作为粗加工。

ii）钻孔使用的机床有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床等。在单件小批生产中，中小型工件上的小孔（一般D＜13mm），常用台式钻床加工；中小型工件上直径较大的孔（一般D＜50mm），常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，则应采用摇臂钻床加工；回转体工件轴线上的孔，多在车床上加工。

在成批和大量生产中，为了保证加工精度、提高生产效率和降低加工成本，广泛使用钻模（见图7-18）、多轴钻（见图7-19）或组合机床（见图7-20）进行孔的加工。

图7-18　钻模

1—钻模　2—工件

图7-19　多轴钻

图7-20　组合机床

1—钻头　2—工件

图7-21　扩孔

精度高、表面粗糙度小的中小直径孔，在钻削之后，常常需要采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。

（2）扩孔　扩孔（core drilling）是用扩孔钻对已钻出、铸出、锻出或冲出的孔进行加工（见图7-21）的方法，常作为铰孔等精加工前的准备工序，也可作为要求不高的孔的最终加工。扩孔的加工精度可达IT10，表面粗糙度R_a为3.2～6.3μm。扩孔的加工质量和生产率比钻孔高。因为扩孔钻的结构刚性好，刀刃数较多，无端部横刃，加工余量较小（一般为2～4mm），切削时轴向力小，切削过程较平稳，因此可以采用较大的切削速度和进给量。扩孔能修正孔轴线的歪斜，采用镶有硬质合金刀片的扩孔钻，切削速度可提高2～3倍，大大提高扩孔的生产率。当孔径大于100mm时，就很少应用扩孔，而多采用镗孔。

图7-22　铰孔

（3）铰孔　铰孔（reaming）是孔的精加工方法之一（见图7-22），其加工精度一般达IT6～IT8，表面粗糙度R_a为0.4～1.6μm。铰刀的刚性好，刀刃数目多，导向性能好且负荷均匀，制造精度高，其修光部分可校准孔径和修光孔壁，铰削时排屑和冷却润滑的条件也较好。铰孔的加工余量小，切削力、切削热都小，并可以避免产生积屑瘤，因此铰孔的加工质量高。

钻—扩—铰是生产中典型的孔加工方法，但对于位置精度要求严格的箱体上的孔系则应采用镗削加工。

2.镗削

镗孔（boring）是用镗刀对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工的方法，它可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔可分粗镗、半精镗和精镗。粗镗的加工精度为IT11～ITl3，表面粗糙度R_a为12.5～25μm；半精镗的加工精度为IT9～IT10，表面粗糙度R_a为3.2～6.3μm；精镗的加工精度为IT7～IT8，表面粗糙度R_a为0.8～1.6μm。

（1）车床镗孔　车床镗孔如图7-23所示。车床镗孔多用于盘套和轴件中心部位的孔以及小型支架的支承孔。

图7-23　车床镗孔

a）镗通孔　b）镗不通孔　c）镗槽　d）镗内凹槽

（2）镗床镗孔　卧式镗床如图7-24所示。主轴箱可沿前立柱上的导轨上下移动。主轴箱的平旋盘和主轴可分别安装镗刀，单独使用，主轴可作轴向移动。

图7-24　卧式镗床示意图

1—工作台　2—导套座　3—后主柱　4—主轴　5—径向刀架　6—前立柱　7—主轴箱　8—平旋盘　9—床身

1）利用主轴带动镗刀镗孔。如图7-25所示，图a与图b为镗削短孔，图c为镗削箱体两壁相距较远的同轴孔系。

图7-25　卧式镗床主轴旋转进行镗孔

a）主轴移动镗削短孔　b）工作台移动镗削短孔　c）镗削箱体两壁同轴孔

1—导套座　2—刀杆　3—主轴

2）利用平旋盘带动镗刀镗孔。如图7-26所示，当利用径向刀架使镗刀处于偏心位置时，可镗削大孔和大孔的内槽。

图7-26　利用平旋盘镗削大孔和内槽

1—工作台　2—箱体　3—刀杆座　4—径向刀架　5—平旋盘　6—主轴箱

3）孔系镗削。箱体类零件上的孔系除有同轴度的要求外，还常有孔距精度的要求以及轴线间的平行度和垂直度要求。

（3）镗削的工艺特点

1）镗削的适应性广。镗削可在钻孔、铸孔或锻孔的基础上进行，可达加工精度和表面粗糙度的范围较广，除直径很小且较深的孔以外，各种直径及各种结构类型的孔均可镗削。

2）镗削可有效地校正原孔的轴线偏斜。但由于镗刀杆直径受孔径的限制，一般刚性较差，易弯曲变形和振动，故镗削质量的控制（特别是细长孔）不如铰削方便。

3）镗削的生产率低。为减小镗杆的弯曲变形，需采用较小的背吃刀量和进给量进行多次走刀。镗床和铣床镗孔，需调整镗刀头在刀杆上的径向位置，操作复杂、费时。

4）镗削广泛用于单件、小批生产中各类零件的孔加工，成批、大量生产中镗削支架、箱体的支承孔，则需要使用镗模。

3.车削

图7-27　在车床上进行孔的加工

在车床上加工盘类零件属于车削（turning）方法（见图7-27），即工件旋转刀具作进给运动。其特点是加工后孔的轴线和工件的回转轴线一致，孔轴线的直线度好，能保证在一次安装加工的外圆和内孔有较高的同轴度，并与端面垂直。刀具进给方向不平行于回转轴线或不呈直线运动，都不会影响轴线的位置和直线度，也不影响孔在任何一个截面内的圆度，仅会使孔径发生变化，产生锥度、鼓形、腰形等缺陷。

4.磨削

磨孔是孔的精加工方法之一（见图7-28），其加工精度可达IT6～IT8，表面粗糙度R_a为0.4～1.6μm。

图7-28　内圆磨削示意图

1—工件　2—卡盘　3—砂轮

磨孔可在内圆磨床或万能外圆磨床上进行，与外圆磨削类似，内孔磨削也可以分为纵磨法和横磨法。

由于砂轮轴的刚性很差，横磨法仅适用于磨削短孔及内成形面，磨削内孔多数情况下是采用纵磨法。

磨孔与磨外圆比较，有以下工艺特点：

1）表面粗糙度较大。由于磨孔时砂轮直径受工件孔径限制，一般较小，磨头转速又不可能太高（一般低于20 000r/min），故磨削速度较磨外圆时低。

2）磨削精度的控制不如外圆磨削方便。因为砂轮与工件的接触面积大、发热多，冷却条件差，工件容易产生热变形。特别是砂轮轴细长，刚性差，容易产生弯曲变形而造成内圆锥形误差及双曲线误差。因此，需要减小磨削吃刀量，增加光磨行程次数。

3）生产率较低。因为磨孔时砂轮轴刚性差，不宜采用较大的磨削吃刀量和进给量，而且砂轮直径小，磨损快，切削液不容易冲走屑末，砂轮容易堵塞，需要经常修整或更换，使辅助时间增加，因此磨孔生产率较低。

由于以上原因，磨孔主要用于不宜或无法进行镗削、铰削或拉削的高精度的孔以及淬硬孔的精加工。

5.孔加工方案的制订

孔的加工方案除根据工件材料、生产批量、孔的精度、表面粗糙度以及热处理要求来制订外，还应根据孔径大小和长径比来制订（见表7-3）。

表7-3　孔的加工方案

续表

（钻）＊表示毛坯上若无孔，需先钻孔；毛坯上若已铸出或锻出孔，可直接粗镗。

在进行孔的加工时，钢件的调质处理应安排在钻削之后进行；采用镗削或镗、磨方法时，则在钻削或粗镗之后再实施热处理；而淬火只能安排在磨削之前。