1 前言    

　　金剛石鉸刀是近20年發(fā)展起來的一種高精度內(nèi)孔加工刀具卤撬。由于它的加工精度高(一般可達(dá)2μm)构回、表面粗糙度值小(一般可達(dá)Ra0.4～0.2μm)谷炸、加工效率高(一般可提高3～5倍)陈惰、壽命長(一般能加工10000件以上)畦徘、質(zhì)量穩(wěn)定可靠，因而在液壓抬闯、農(nóng)機(jī)井辆、汽車、機(jī)床溶握、軍工等行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用杯缺。 

　　電鍍金剛石鉸刀是利用電鍍的方法，以金屬鎳睡榆、鐵或銅等作結(jié)合劑萍肆，將金剛石顆粒包絡(luò)在刀體上形成的。電鍍鉸刀要求電鍍層表面達(dá)到較高的幾何精度栽铁，以確保磨粒切削刃具有較好的等高性和鋒利性笆犀，減小切削負(fù)荷，提高鉸刀的幾何質(zhì)量判原、物理質(zhì)量和耐用度锉纹。

　　目前，國內(nèi)金剛石鉸刀采用外鍍法制造今天。制造時残宽，需要對磨粒進(jìn)行嚴(yán)格篩選，通過鍍層金屬直接將磨粒固定在刀體周圍置悦。所鍍鉸刀磨粒等高性差父吧，需用金剛石砂輪修磨，但修磨將破壞磨粒的天然刃口捂旨，鈍化磨粒秉唇，影響加工效率及被加工孔的表面質(zhì)量。為此憨琅，我們提出了一種新型設(shè)計與制造的方法——內(nèi)包容電鍍法(簡稱內(nèi)鍍法)烹豫，并進(jìn)行了鉸刀設(shè)計搭独、制造與切削試驗(yàn)研究婴削，以求其在精密孔加工中取得更佳的加工效果廊镜。

　　2 金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法原理與鉸削機(jī)制

　　迄今為止，內(nèi)包容電鍍技術(shù)已成功應(yīng)用于高精度金剛石滾輪的制造唉俗，但一直未用于制造金剛石鉸刀嗤朴。金剛石鉸刀內(nèi)鍍的方法是，采用穩(wěn)定材料制造一個與鉸刀外形相反的高精度內(nèi)孔胎模虫溜，將金剛石磨粒電鍍在胎模內(nèi)表面雹姊，加厚形成電鍍層，再將鍍層與刀桿粘結(jié)在一起衡楞。為將胎膜順利脫出吱雏，可在胎膜內(nèi)表面先鍍一層低熔點(diǎn)金屬，最后加熱脫模制成鉸刀瘾境。同時歧杏，也可保證高精度內(nèi)孔胎模不受損傷而能重復(fù)使用，以降低制造成本迷守。

　　采用內(nèi)鍍法制造的鉸刀犬绒，其磨粒完全由高精度內(nèi)孔胎模包容，鍍層磨粒表面可以達(dá)到較高的幾何精度脯纽，磨粒等高性好等吝，微刃鋒利，所以其切削性能優(yōu)于外鍍法鉸刀尽架，所加工孔的表面粗糙度值小泽中，且刀具不需修磨，使用壽命長糜罢。

　　在金剛石鉸刀鉸削過程中熏虱，鉸刀磨粒與工件孔壁相互干涉，相互作用汛刻，不斷地將干涉點(diǎn)切去而進(jìn)行相互修整射贡。鉸刀表面和孔表面不斷地產(chǎn)生新的干涉點(diǎn)，使孔壁與鉸刀表面的接觸面積不斷增大瘾色，特別是鉸刀校正部的磨粒頂部的銳邊和銳角被磨成了一個個小平面演苍。與此同時，切削余量越來越小梗爸，切削作用也越來越弱氧吐。而鉸刀對孔壁的擠壓和拋光的作用卻越來越強(qiáng)，這就使孔的圓度越來越高末盔、表面粗糙度值越來越小筑舅。這就是為什么金剛石鉸刀使用時間越長，加工孔的表面粗糙度值越小的原因所在。

　　金剛石鉸刀鉸削工件內(nèi)孔的過程中翠拣，鉸刀切削部切除工件大部分余量(實(shí)際上總的鉸削余量很小)版仔，而校正部只切除少許余量，但其對工件表面的擠壓和拋光作用卻是金剛石鉸刀鉸孔的主要過程误墓，是保證工件加工質(zhì)量的主要因素蛮粮。同時通過擠壓和拋光，工件表面會產(chǎn)生塑性變形而提高硬度谜慌。據(jù)實(shí)驗(yàn)測定然想，工件表面經(jīng)金剛石鉸刀鉸削后的硬度比鉸削前明顯提高0.5～1.0倍，這無疑對提高工件使用壽命是非常有利的欣范。

　　對于一把正常使用的金剛石鉸刀变泄，其磨粒應(yīng)露出來參加切削。因此恼琼，磨粒間的結(jié)合劑應(yīng)形成一個個凹坑怔哮。在鉸削的過程中，大量的切屑藏于這些凹坑中选曼，并蝕除部分結(jié)合劑底靴，使得磨粒前面的凹坑逐漸加深；磨粒后面的結(jié)合劑則很少被切屑所蝕除失傍，同時由于擠壓力的作用贝崎，使結(jié)合劑向后蠕動，更加強(qiáng)了對磨粒的支撐作用民沈。這就是金剛石鉸刀的顆粒不容易脫落还凸，鉸刀保持較長壽命的原因之一。

　　目前金剛石鉸刀有固定式和可調(diào)式兩大類型浸速。為了加工出高精度內(nèi)孔童盏，金剛石鉸刀宜采用固定式。因?yàn)楣潭ㄊ姐q刀制造工藝簡單就灸，易于修磨呛疫，成本較低，加工孔的尺寸穩(wěn)定性好泡嘴。加工通孔用固定式金剛石鉸刀甫恩。下面具體討論一下鉸刀主要部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　1) 校正部的設(shè)計校正部是鉸刀的修光和提高精度的部分酌予，主要承擔(dān)清除切削部加工時遺留下來的粗糙波峰的少許余量磺箕，是影響被加工孔的加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

　　一般地抛虫，校正部的長度按加工孔徑的2～3倍來選取松靡〖蛏孔長時取小值，孔短時取大值雕欺。校正部徑向尺寸取決于工件表面粗糙度虽惭、孔的形狀棵擂、預(yù)制孔精度和鉸削擴(kuò)張量等具體條件罚攀。

　　2) 切削部的設(shè)計切削部是鉸刀的切削部分坏晦，負(fù)擔(dān)切除被加工工件的80%～90%的加工余量，對鉸刀壽命和加工質(zhì)量有很大影響脸哀。

　　切削部的長度和錐角主要根據(jù)切削余量的大小來確定，一般地扭吁，長度取15～25mm摧垄；切削錐角粗鉸時取θ=0°3′～0°15′，精鉸時取θ=0°1′～0°5′袱黎，以保證鉸刀在2/5～1/2處即進(jìn)入實(shí)際的切削狀態(tài)匕蚁。

　　L——切削部長度，x——實(shí)際切削長度道夭，q——切削部錐角 $Page_Split$,

　　錐角大小的計算公式為

　　tgθ=S/LK

　　式中S——切削深度渊唁，mm

　　L——切削部長度,mm

　　K——長度系數(shù)，取2/5～1/2

　　錐角公差取3～4級倾断。

　　3) 冷卻槽的設(shè)計金剛石鉸刀鉸孔時仆玖，若熱量和切屑來不及排出，刀體將發(fā)熱膨脹守皆，孔的加工質(zhì)量會明顯降低歪低，嚴(yán)重時還會發(fā)生“咬死”刀現(xiàn)象。因此鉸刀的各主要表面上都要設(shè)計有冷卻槽砸镀，并滿足下列條件：①冷卻槽必須保證鉸刀工作時能得到充分冷卻盔曼；②冷卻槽不能影響鉸刀的剛性和壽命；③冷卻液流道通暢唱逢，以便能將切屑帶走吴侦。

　　螺旋槽一般設(shè)計2～5條，螺旋角取ψ=20°～45°坞古，螺旋方向選用左旋备韧，使切屑和冷卻液向未鉸削表面推進(jìn)，確保已鉸過的表面免受擦傷绸贡。同時螺旋槽和螺旋角的選擇要保證鉸刀切削寬度大小適當(dāng)盯蝴，一般以12～18mm為宜。

　　4 金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法制造工藝

　　由于內(nèi)包容鉸刀的尺寸精度與形狀精度主要由胎模精度保證听怕，所以胎模的設(shè)計與制造至關(guān)重要捧挺。胎模內(nèi)孔應(yīng)設(shè)計成與鉸刀外形相反虑绵，并在高精度磨床上精磨而成。

　　電鍍工藝方面闽烙，利用電解作用翅睛，采用光亮鍍鎳方法，通過制造添加劑含量黑竞，來減小鍍層內(nèi)應(yīng)力捕发，同時保證鍍層平整。

　　開刃和開槽處理時拘能，必須保證鉸刀的鍍層尺寸精度不受影響刷寨。開刃時可用剛玉砂輪修磨鍍層金屬，也可通過電鍍兩種化學(xué)溶解度不同的金屬侣沐，再進(jìn)行腐蝕處理铭懂。開槽時采用電化學(xué)腐蝕及機(jī)械加工的方法即可。

　　結(jié)束語

　　經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)笆低，最終我們得到了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)包容精密金剛石鉸刀肉诚。通過對典型材料與典型零件的加工與試驗(yàn)，以及和外鍍法制造的鉸刀技術(shù)指標(biāo)與切削性能的對比忌挺，可以得到以下結(jié)論：

　　1) 精密和高精度金剛石鉸刀更適宜采用內(nèi)鍍法進(jìn)行設(shè)計與制造痊撤。

　　2) 金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法比外鍍法加工精度更高、表面粗糙度值更小嫂藏。

　　3) 只要工藝參數(shù)合理和規(guī)范榔夹，內(nèi)鍍法金剛石鉸刀的設(shè)計與制造同樣簡單、方便

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