垂直但中心线不相交孔的加工方法

摘 要： 本文探讨了垂直但中心线不相交孔的加工方法，分析了加工中的难点和关键点，指出了加工中需注意的问题和诀窍。

关键词：中心垂直 中心线 不相交孔 方法

笔者学校实习工厂要加工滑座零件，长度为61-00.10 mm，宽为20-00.10 mm，高22-00.10 mm，在高度13+00.01mm位置上有个φ12+00.05mm通孔，在孔的中间偏移4.5+00.01mm。而与中心偏离5.5+00.075 mm的位置上有个φ5+00.015 mm的小孔要加工，这个直径为φ5+00.015 mm的孔与φ12+00.05mm的孔是中心垂直、但中心线不相交的孔。加工φ5+00.015 mm的孔时，钻头容易向加工余量少的一边偏斜，因此需制定新的加工方案，以保证Φ5+00.015 mm孔的尺寸公差和垂直度以及表面粗糙度符合要求。

一、提出问题

在加工φ5+00.015 mm孔时，零件的其他尺寸都是预先加工好的。工厂最先的加工工艺方案是以φ12+00.05mm为定位基准，一次装夹，在两台台钻上进行加工。第一步，套钻模用φ4.8mm的标准麻花钻头钻出底孔；第二步，用φ5铰刀铰削到成品尺寸。但是在底孔的钻削过程中，由于钻头在φ5+00.015 mm与φ12+00.05mm两孔的相贯部位的不良受力状况，刀具的几何参数不合理，钻削用量应用不当等原因，使φ4.8mm的钻头钻出来的底孔孔下端加工余量少的一边偏斜较大，铰削无法修正，达不到φ5+00.015 mm孔的尺寸公差和垂直度及表面粗糙度要求。

二、分析问题

根据上述情况，笔者对钻头φ5+00.015 mm与φ12+00.05mm两孔相贯部位的加工状况进行了深入的分析，如图1所示。

图1 两孔相贯部位的加工状况

1.受力不均产生偏斜的原因

（1）当钻心到达A点时，便开始吃空，此时是不完全的双刃切削。

（2）当钻心到达B点时，仅仅是单刃切削。

（3）当钻心到达C点时，不仅是不完全的双刃切削，

而且钻心再一次进入材料，又受φ5+00.015 mm孔壁的影响，其受力情况如图2所示。

图2 孔壁的影响情况

在相同材料的情况下，材料的法向受力应达到一个相对恒定a的值，才能使钻头切入材料，设该值为P，再设此时钻心径向受力为F，则由图2可知：

F=P.cosα （0°

由此可知，钻心在DE上越靠近E点，α角越小，则cosα越小，那么钻心的受力F就越大，钻头就越容易向加工余量少的一边偏斜。

2.刀具的几何参数也会在加工中影响精度，产生偏斜

在加工φ5+00.015 mm孔时，由于加工余量不对称，用标准麻花钻切削时，钻头的部分几何参数存在着缺点。

（1）横刃前角为负值，其宽又较大，钻削时挤压切削层严重，轴向力大。

（2）标准麻花钻的主切削刃最长，切下切屑最多，扭矩主要由它产生，一个不平衡的变动径向力也是造成钻孔钻偏主要原因，如图2（a）所示。

（3）顶角2φ为118°，角度偏大，定心不强，且钻透时会扎刀，甚至扭断钻头，尤其是钻相通之孔。

3.钻削用量也会在加工中影响精度，产生偏斜

由于加工φ5+00.015 mm的孔时，随着加工深度不同，其切削的情况也不同，先从占头的双刃切削到单刃切削或不完全的双刃切削，最后又再次双刃切削。在如此复杂的钻削中，其中钻削用量不能按常规计算和选用，必须根据特殊情况选用合理的钻削用量。

三、制定新的加工工艺方案

通过以上分析和实践，说明φ5+00.015 mm孔的底孔，不能采用直接钻孔的方案，因此笔者制定了新的加工工艺。

1.选用能保证X>0的钻头靠加工余量多的一边贴着钻模钻底孔

选用能保证X>0的钻头靠加工余量多的一边贴着钻模钻底孔，是为了确保在钻削过程中钻头钻心不吃空。

（1）选择适当的钻头，由图3可知：

D={[（5.5+5/2）-12/2-X]×2}

D=4-2X D——钻头直径 X——大于零的余量

因此，必须选择小于φ4mm的钻头作钻孔钻头，确保钻头不吃空。

图3 保证X>0的钻底孔

（2）改良麻花钻部分的几何参数。

①修短横刃，把横刃刃磨成钻尖，钻削时削弱了80%以上的轴向力；

②2φ=118°顶角刃磨成角度为60°，易定中心，不产生滑脱现象，如图4（a）所示。

③把主切削刃磨短到2/3b，并且外刃高出2°～3°，起到定心作用，又减小扭矩，如图4（a）所示。

④保证两条切削刃对称，避免钻削时受力不均，刃磨时用样板校验。如图4（b）所示。

图4

（3）选择合理的钻削用量。

①切削深度的选择。先用（0.5～0.7）D（D为要求的孔径）的钻头钻底孔，然后用直径d=D的钻头将孔扩大，可以减小切削深度及轴向力，因此钻削φ5+00.015 mm孔时，应先用φ2.5～φ3.5mm的钻头加工，最后选定使用φ3.5mm的钻头。

②进给量的选择。在加工φ5+00.015 mm孔时，当高速钢麻花钻钻孔的精度要求高、表面粗糙度要求较小时，应取较小的进给量，因此钻头直径为φ3.5mm，其进给量 f 应选择0.05（mm/r）。

③切削速度的选择。当钻头的直径和进给量确定后，钻削速度应按钻头的耐用度选取合理的数值。切削速度提高10%，耐用度将下降一半，选择10～15m/min之间，确保了钻削的精度要求。

2.用φ4.9mm的钻头扩孔，留铰削余量

（1）改善铰削余量。选择铰削余量为0.05～0.1之间，用φ4.9mm钻头扩孔，确保铰削余量适宜。

（2）扩孔。

①钻头后角不能过大，刃磨出后角为1°～3°的φ4.9mm的钻头作扩孔钻头，避免了扎刀现象，如图5（a）所示。

②2φ=118°顶角刃磨至90°，确保定心，避免偏移。如图5（a）所示。

③贴着钻模进行扩孔确保不扩偏，如图5（b）所示。

图5

3.铰削到成品尺寸

（1）选择适当的铰削用量。

①切削速度应取小值，用高速钢铰刀取U=4～8（m/min）。

②进给量取0.5～0，7mm/r，提高孔壁加工精度。

（2）选择切削液。选用工业植物油（30%）、浓度为2%～5%的乳化液（70%）。

（3）改变原来的铰削操作方法。对要求高精度的孔进行铰削，不能用原来机铰削的方法，应改用手工铰削，确保了φ5+00.015 mm垂直度要求、表面粗糙度要求。