內(nèi)鍍法金剛石鉸刀的設(shè)計與制造

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)孔加工刀具杏蟋。由于它的加工精度高(一般可達2μm)提钟、表面粗糙度值小(一般可達Ra0.4～0.2μm)、加工效率高(一般可提高3～5倍)使宽、壽命長(一般能加工10000件以上)羞菊、質(zhì)量穩(wěn)定可靠，因而在液壓材光、農(nóng)機暮态、汽車、機床谍椅、軍工等行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用误堡。

電鍍金剛石鉸刀是利用電鍍的方法古话，以金屬鎳、鐵或銅等作結(jié)合劑锁施，將金剛石顆粒包絡(luò)在刀體上形成的陪踩。電鍍鉸刀要求電鍍層表面達到較高的幾何精度，以確保磨粒切削刃具有較好的等高性和鋒利性悉抵，減小切削負荷肩狂，提高鉸刀的幾何質(zhì)量、物理質(zhì)量和耐用度姥饰。

目前傻谁，國內(nèi)金剛石鉸刀采用外鍍法制造。制造時列粪，需要對磨粒進行嚴格篩選审磁，通過鍍層金屬直接將磨粒固定在刀體周圍。所鍍鉸刀磨粒等高性差岂座，需用金剛石砂輪修磨态蒂，但修磨將破壞磨粒的天然刃口，鈍化磨粒拉诲，影響加工效率及被加工孔的表面質(zhì)量赤蚜。為此，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)威卑，并進行了鉸刀設(shè)計屁爵、制造與切削試驗研究，以求其在精密孔加工中取得更佳的加工效果捍秃。

1.刀體 2.切屑 3.粘結(jié)劑 4.金剛石顆粒
圖1

2 金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法原理與鉸削機制

迄今為止生香，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，但一直未用于制造金剛石鉸刀印洒。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)孔胎模渐位，將金剛石磨粒電鍍在胎模內(nèi)表面瞒谱，加厚形成電鍍層，再將鍍層與刀桿粘結(jié)在一起栋昙。為將胎膜順利脫出萤榔，可在胎膜內(nèi)表面先鍍一層低熔點金屬，最后加熱脫模制成鉸刀鲸阻。同時跋涣，也可保證高精度內(nèi)孔胎模不受損傷而能重復(fù)使用，以降低制造成本鸟悴。

采用內(nèi)鍍法制造的鉸刀陈辱，其磨粒完全由高精度內(nèi)孔胎模包容奖年，鍍層磨粒表面可以達到較高的幾何精度，磨粒等高性好沛贪，微刃鋒利陋守，所以其切削性能優(yōu)于外鍍法鉸刀，所加工孔的表面粗糙度值小利赋，且刀具不需修磨水评，使用壽命長。

在金剛石鉸刀鉸削過程中媚送，鉸刀磨粒與工件孔壁相互干涉中燥，相互作用，不斷地將干涉點切去而進行相互修整塘偎。鉸刀表面和孔表面不斷地產(chǎn)生新的干涉點疗涉，使孔壁與鉸刀表面的接觸面積不斷增大，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既芯，如圖1所示喷围。與此同時，切削余量越來越小职涛，切削作用也越來越弱码杆。而鉸刀對孔壁的擠壓和拋光的作用卻越來越強，這就使孔的圓度越來越高揖们、表面粗糙度值越來越小磁应。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捣潭。

金剛石鉸刀鉸削工件內(nèi)孔的過程中部糠，鉸刀切削部切除工件大部分余量(實際上總的鉸削余量很小)，而校正部只切除少許余量军霸，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提甚，是保證工件加工質(zhì)量的主要因素。同時通過擠壓和拋光幻彪，工件表面會產(chǎn)生塑性變形而提高硬度褪储。據(jù)實驗測定，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倍慧域，這無疑對提高工件使用壽命是非常有利的鲤竹。

1.金剛石 2.切屑圖2	1.金剛石顆粒 2.切屑 3.粘結(jié)劑 4.刀體圖3
1.夾持部 2.后導(dǎo)部 3.倒錐部 4. 校正部 5.切削部 6.前導(dǎo)部圖4

對于一把正常使用的金剛石鉸刀，其磨粒應(yīng)露出來參加切削昔榴。因此辛藻，磨粒間的結(jié)合劑應(yīng)形成一個個凹坑。在鉸削的過程中互订，大量的切屑藏于這些凹坑中(圖2)吱肌，并蝕除部分結(jié)合劑痘拆，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岩榆，同時由于擠壓力的作用错负，使結(jié)合劑向后蠕動，更加強了對磨粒的支撐作用勇边。這就是金剛石鉸刀的顆粒不容易脫落犹撒，鉸刀保持較長壽命的原因之一(圖3)。

3 內(nèi)包容金剛石鉸刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前金剛石鉸刀有固定式和可調(diào)式兩大類型畴垃，栈站。為了加工出高精度內(nèi)孔，金剛石鉸刀宜采用固定式鲫畸。因為固定式鉸刀制造工藝簡單歇刺，易于修磨，成本較低霜宙，加工孔的尺寸穩(wěn)定性好章慌。加工通孔用固定式金剛石鉸刀的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。下面具體討論一下鉸刀主要部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計堕武。

校正部的設(shè)計 校正部是鉸刀的修光和提高精度的部分恳繁，主要承擔清除切削部加工時遺留下來的粗糙波峰的少許余量，是影響被加工孔的加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素夫泛。
一般地擎骄，校正部的長度按加工孔徑的2～3倍來選取∩斐孔長時取小值隔屠，孔短時取大值。校正部徑向尺寸取決于工件表面粗糙度馍驯、孔的形狀阁危、預(yù)制孔精度和鉸削擴張量等具體條件。
切削部的設(shè)計 切削部是鉸刀的切削部分汰瘫，負擔切除被加工工件的80%～90%的加工余量欲芹，對鉸刀壽命和加工質(zhì)量有很大影響。

L——切削部長度吟吝，x——實際切削長度，q——切削部錐角
圖5

圖6

切削部的長度和錐角主要根據(jù)切削余量的大小來確定颈娜，一般地剑逃，長度取15～25mm；切削錐角粗鉸時取q=0°3′～0°15′官辽，精鉸時取q=0°1′～0°5′蛹磺，以保證鉸刀在2/5～1/2處即進入實際的切削狀態(tài)(圖5)粟瞬。錐角大小的計算公式為 tgq=S/LK式中 S——切削深度，mm

L——切削部長度,mm

K——長度系數(shù)萤捆，取2/5～1/2

錐角公差取3～4級裙品。
冷卻槽的設(shè)計 金剛石鉸刀鉸孔時，若熱量和切屑來不及排出长笋，刀體將發(fā)熱膨脹斩憾，孔的加工質(zhì)量會明顯降低，嚴重時還會發(fā)生“咬死”刀現(xiàn)象枷此。因此鉸刀的各主要表面上都要設(shè)計有冷卻槽淳习，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；②冷卻槽不能影響鉸刀的剛性和壽命臣锣；③冷卻液流道通暢钮庆，以便能將切屑帶走。
螺旋槽一般設(shè)計2～5條蔬设，螺旋角取ψ=20°～45°垒某，螺旋方向選用左旋，使切屑和冷卻液向未鉸削表面推進次瓣，確保已鉸過的表面免受擦傷慈琼。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，一般以12～18mm為宜(圖6)严钞。

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偿尘，所以胎模的設(shè)計與制造至關(guān)重要。胎模內(nèi)孔應(yīng)設(shè)計成與鉸刀外形相反点待，并在高精度磨床上精磨而成阔蛉。

電鍍工藝方面，利用電解作用癞埠，采用光亮鍍鎳方法状原，通過制造添加劑含量，來減小鍍層內(nèi)應(yīng)力苗踪，同時保證鍍層平整颠区。比較合理的電鍍工藝規(guī)范如下表所示：

名稱	含量(g/L)
硫酸鎳(NiSO₄—7H₂O)	250～300
氯化鈉(NaCl)	10～20
硼酸(H₃BO₃)	35～40
糖精(6H₅COSO₂NH₂)	1～2
香豆素(C₉H₆O₂)	0.5～1
十二烷基硫酸鈉(C₁₂H₂₅SO₄Na)	0.1～0.2
PH值	4.0～4.5
溫度(℃)	40～45
電流密度(A/dm²)	1.5～3

了使電鍍層尺寸均勻且沉積速度快，針對內(nèi)鍍法電鍍液流動性差的缺陷通铲，電鍍時宜采用流動電鍍工藝毕莱，電鍍液循環(huán)流動的速度大約為5～30m/min。

刀體材料一般用45鋼颅夺，淬火至硬度40～45HRC朋截，經(jīng)精磨而成。

開刃和開槽處理時吧黄，必須保證鉸刀的鍍層尺寸精度不受影響部服。開刃時可用剛玉砂輪修磨鍍層金屬订薛，也可通過電鍍兩種化學(xué)溶解度不同的金屬，再進行腐蝕處理胎融。開槽時采用電化學(xué)腐蝕及機械加工的方法即可窑赂。

5 結(jié)束語

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

精密和高精度金剛石鉸刀更適宜采用內(nèi)鍍法進行設(shè)計與制造桦溃。
金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法比外鍍法加工精度更高晕围、表面粗糙度值更小。
只要工藝參數(shù)合理和規(guī)范呐相，內(nèi)鍍法金剛石鉸刀的設(shè)計與制造同樣簡單黑寻、方便。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)汞小，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享晶恨，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議蛛挚。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布抗斤、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺丈咐，不為其版權(quán)負責(zé)瑞眼。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片棵逊、文字如涉及作品版權(quán)問題伤疙，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容辆影，以保證您的權(quán)益徒像！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。

機床刀具加工

舉報此信息