關(guān)于鏜削加工已有許多技術(shù)文章褒繁，其中一些文章寫得很不錯(cuò)烙昼，但也有一些文章存在明顯的謬誤缚形。為了有效完成這種重要的內(nèi)孔精加工冒瞎，必須消除有關(guān)鏜削的一些錯(cuò)誤觀念查新。

　　鏜削是一種用刀具擴(kuò)大孔或其它圓形輪廓的內(nèi)徑車削工藝，其應(yīng)用范圍一般從半粗加工到精加工洛怠，所用刀具通常為單刃鏜刀（稱為鏜桿）批先。

　　鏜刀有三個(gè)基本元件：可轉(zhuǎn)位刀片、刀桿和鏜座眉崩。鏜座用于夾持刀桿劳诽，夾持長(zhǎng)度通常約為刀桿直徑的4倍。裝有刀片的刀桿從鏜座中伸出的長(zhǎng)度稱為懸伸量（鏜刀的無支承部分）敲侧。懸伸量決定了鏜孔的最大深度定歧，是鏜刀最重要的尺寸。懸伸量過大會(huì)造成刀桿嚴(yán)重?fù)锨洌鹫耦澒俚兀瑥亩茐墓ぜ谋砻尜|(zhì)量，還可能使刀片過早失效烙懦。這些都會(huì)降低加工效率驱入。

　　對(duì)于大多數(shù)加工應(yīng)用，用戶都應(yīng)該選用靜剛度和動(dòng)剛度盡可能高的鏜刀氯析。靜剛度反映鏜刀承受因切削力而產(chǎn)生撓曲的能力亏较，動(dòng)剛度則反映鏜刀抑制振動(dòng)的能力。

　　本文的第一部分主要分析鏜刀的靜剛度掩缓。文中資料來源于作者對(duì)鏜刀撓曲的研究雪情。鏜刀的撓曲取決于刀桿材料的機(jī)械性能、刀桿直徑和切削條件你辣。

切削力

　　作用于鏜刀上的切削力可用一個(gè)旋轉(zhuǎn)測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量巡通。被測(cè)力包括切向力、進(jìn)給力和徑向力舍哄。與其它兩個(gè)力相比宴凉，切向力的量值最大誊锭。

　　切向力垂直作用于刀片的前刀面，并將鏜刀向下推蓄帐。需要注意市砍，切向力作用于刀片的刀尖附近，而并非作用于刀桿的中心軸線警钥，這一點(diǎn)至關(guān)重要射疤。切向力偏離中心線產(chǎn)生了一個(gè)力臂（從刀桿中心線到受力點(diǎn)的距離），從而形成一個(gè)力矩抵思，它會(huì)引起鏜刀相對(duì)其中心線發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。

　　進(jìn)給力是量值第二大的力有愚，其作用方向平行于刀桿的中心線焙句，因此不會(huì)引起鏜刀的撓曲。徑向力的作用方向垂直于刀桿的中心線叔抡，它將鏜刀推離被加工表面港摘。

　　因此，只有切向力和徑向力會(huì)使鏜刀產(chǎn)生撓曲躬源。已沿用了幾十年的一種經(jīng)驗(yàn)算法為：進(jìn)給力和徑向力的大小分別約為切向力的25％和50％脖嗽。但如今，人們認(rèn)為這種比例關(guān)系并非“最優(yōu)算法”拆座，因?yàn)楦髑邢髁χg的關(guān)系取決于特定的工件材料及其硬度主巍、切削條件和刀尖圓弧半徑。推薦采用以下公式來計(jì)算切向力Ft：

Ft＝396000×切削深度×進(jìn)給率×功率常數(shù)

加工不同工件材料時(shí)鏜刀所受徑向力的計(jì)算公式見表1挪凑。

表1 鏜刀徑向力的計(jì)算
工件材料－布氏硬度－徑向力計(jì)算公式
碳鋼孕索，合金鋼，不銹鋼躏碳，工具鋼－80～250－Fr＝0.308×Ft
碳鋼搞旭，合金鋼，不銹鋼菇绵，工具鋼－250～400－Fr＝0.672×Ft
球墨鑄鐵肄渗，灰鑄鐵－150～300－Fr＝0.331×Ft

鏜刀的撓曲

　　鏜刀類似于一端固定（鏜座夾持部分）、另一端無支承（刀桿懸伸）的懸臂梁咬最，因此可用懸臂梁撓曲計(jì)算公式來計(jì)算鏜刀的撓曲量：

y=(F×L3)/(3E×I)

式中：F為合力翎嫡，L為懸伸量（單位：英寸），E為彈性模量（即刀桿材料的楊氏模量）（單位：psi永乌，磅/平方英寸）钝的，I為刀桿的截面慣性矩（單位：英寸4）。

鏜刀桿截面慣性矩的計(jì)算公式為：

I=(π×D4)/64

式中：D為鏜刀桿的外徑（單位：英寸）铆遭。

鏜刀撓曲計(jì)算實(shí)例：

加工條件：工件材料：AISI 1045碳鋼港揉，硬度HB250减磷；切削深度：0.1″，進(jìn)給量：0.008英寸/轉(zhuǎn)宰孙；刀桿直徑：1″氏赴，刀桿的彈性模量：E＝30×106psi，刀桿的懸伸量：4″坚哲。

（1）切向力的計(jì)算

Ft＝396000×切削深度×進(jìn)給量×功率常數(shù)＝396000×0.1×0.008×0.99＝313.6 lbs

（2）徑向力的計(jì)算

Fr＝0.308×Ft＝0.308×313.6＝96.6 lbs

（3）合力的計(jì)算

F＝328.1 lbs

（4）截面慣性矩的計(jì)算：

I＝(π×D4)/64＝0.0491 in.4

（5）鏜刀撓曲的計(jì)算

y=(F×L3)/(3E×I)=0.0048″

分析鏜刀撓曲和截面慣性矩的計(jì)算公式可知服酥，在鏜削加工時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

（1）鏜刀的懸伸量應(yīng)盡可能小。因?yàn)殡S著懸伸量的增大御欢，撓曲量也會(huì)隨之增大找肤。例如，當(dāng)懸伸量增大1.25倍時(shí)升碱，在刀桿外徑和切削參數(shù)保持不變的情況下踩林，撓曲量將增大近2倍。
（2）鏜刀桿的直徑應(yīng)盡可能大是酣。因?yàn)楫?dāng)?shù)稐U直徑增大時(shí)醋掖，其截面慣性矩也會(huì)增大，撓曲量將會(huì)減小黄刚。例如捎谨，當(dāng)?shù)稐U直徑增大1.25倍時(shí)，在懸伸量和切削參數(shù)保持不變的情況下憔维，撓曲量將減小近2.5倍涛救。
（3）在懸伸量、刀桿外徑和切削參數(shù)保持不變時(shí)业扒，采用高彈性模量材料的鏜刀桿可以減小撓曲量州叠。

鏜刀桿的材料

　　鏜刀桿由鋼、鎢基高密度合金或硬質(zhì)合金制成凶赁。合金鋼是最常用的刀桿材料咧栗，也有一些鏜刀桿制造商采用AISI 1144碳高速鋼。無論何種牌號(hào)的碳鋼和合金鋼虱肄，都有相同的彈性模量：E＝30×106psi致板。一種常見的誤解是認(rèn)為采用高硬度或高品質(zhì)鋼制造鏜刀桿可以減小撓曲量。而從撓曲計(jì)算公式可以看出咏窿，決定撓曲的變量之一是彈性模量而非硬度斟或。

　　鎢基合金是采用粉末冶金技術(shù)加工制成。鎢虫喝、鎳肮插、鐵、銅等高純度金屬粉末是燒結(jié)各種合金的典型元素俊揣，其中有些合金可用于制作鏜刀桿和其它刀柄晚惊。用于制作鏜刀桿的典型鎢基高密度合金牌號(hào)是K1700（E=45×106psi）和K1800（E=48×106psi）朱泞，用它們制成的鏜刀桿在以相同切削參數(shù)進(jìn)行鏜削加工時(shí)，其撓曲量可比相同直徑和懸伸量的鋼制刀桿減小50％～60％宛蒲。

　　用硬質(zhì)合金制成的鏜刀桿撓曲量非常小膀琐，因?yàn)槠鋸椥阅Ａ勘蠕摵透呙芏孺u基合金高得多。制作鏜刀桿的典型硬質(zhì)合金牌號(hào)的碳化鎢含量為90％～94％恼稠，鈷含量為10％～6％苦旋，根據(jù)行業(yè)編碼規(guī)定，此類牌號(hào)屬于C-1（E=82×106～84×106psi）来锥、C-2（E=85×106～87×106psi）或C-3（E=89×106psi）系列偏秦。

鏜刀片的材料及幾何參數(shù)

　　鏜刀片可采用硬質(zhì)合金、陶瓷腥例、金屬陶瓷辅甥、PCD、PCBN等不同刀具材料制成院崇。硬質(zhì)合金鏜刀片大多采用PVD或CVD涂層肆氓。例如袍祖，PVD TiN涂層適于加工高溫合金和奧氏體不銹鋼底瓣；PVD TiAlN涂層用途廣泛，適于加工大部分鋼蕉陋、鈦合金捐凭、鑄鐵及有色金屬合金。這兩種涂層都涂覆于具有良好抗熱變形和抗斷續(xù)切削能力的硬質(zhì)合金基體上凳鬓。此類硬質(zhì)合金基體含有約94％的碳化鎢和約6％的鈷茁肠，屬于行業(yè)編碼規(guī)定中的C-3和C-4系列，相當(dāng)于ISO標(biāo)準(zhǔn)的K-10～K-20缩举、M-10～M-25及P-10～P-20系列垦梆。

　　CVD涂層硬質(zhì)合金牌號(hào)適用于大部分鋼和鑄鐵材料的鏜削加工。CVD涂層是由TiN仅孩、Al2O3托猩、TiCN及TiC等多層成分組成的復(fù)合涂層，其中每一層涂層都具有特定功能责名，不同的涂層組合能抵抗不同的磨損機(jī)制溶迹。典型的硬質(zhì)合金牌號(hào)由碳化鎢、碳化鉭及含鈷TiC等多元碳化物組成液炼，屬于行業(yè)編碼規(guī)定中的C-1～C-4剩织、C-5～C-7系列，相當(dāng)于ISO標(biāo)準(zhǔn)中的K-10～K-30枕络、M-10～M-45和P-05～P-45系列硬拴。

　　陶瓷刀片牌號(hào)包括氧化鋁（Al2O3）基和氮化硅（Si3N4）基兩大類番产。氧化鋁基陶瓷刀片又分為未涂層和PVD TiN涂層兩類牌號(hào)。未涂層牌號(hào)具有較好的韌性和耐磨性娩纱，推薦用于合金鋼瞒唇、工具鋼和硬度大于HRC60的馬氏體不銹鋼的鏜削加工。涂層牌號(hào)則用于淬硬鋼磨豁、鑄鐵（硬度HRC45或更高）服畜、鎳基及鈷基合金的精鏜加工。

　　氮化硅基陶瓷刀片包括雙層CVD涂層（一層是TiN顾翼，另一層是Al2O3）牌號(hào)和未涂層牌號(hào)投放。涂層牌號(hào)兼具良好的韌性和刃口耐磨性，推薦用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵的鏜削加工适贸。某些未涂層牌號(hào)具有優(yōu)異的抗熱沖擊性及抗斷裂韌性灸芳，而另一些牌號(hào)能夠吸收機(jī)械沖擊和保持良好的刃口耐磨性，此類牌號(hào)適于高溫合金的鏜削加工拜姿。具有高韌性的未涂層牌號(hào)推薦用于灰鑄鐵的粗鏜加工和斷續(xù)鏜削烙样。

　　金屬陶瓷是由陶瓷材料（鈦基硬質(zhì)合金）與金屬（鎳、鈷）結(jié)合劑組合而成的復(fù)合材料蕊肥。金屬陶瓷分為涂層牌號(hào)和未涂層牌號(hào)兩類谒获。未涂層牌號(hào)硬度較高，具有良好的抗積屑瘤和抗塑性變形能力壁却，用于光潔度要求較高的合金鋼精鏜加工批狱。多層PVD涂層牌號(hào)（兩層TiN涂層之間夾一層TiCN涂層）可用于大部分碳鋼、合金鋼及不銹鋼的高速精鏜和半精鏜加工展东；用于加工灰鑄鐵和球墨鑄鐵時(shí)赔硫，也可獲得較長(zhǎng)的刀具壽命和良好的表面光潔度。

　　聚晶金剛石（PCD）是由金剛石微粉盐肃、結(jié)合劑和催化劑在高溫估浴、高壓下制成的超硬材料。PCD刀片是將PCD刀尖焊接在硬質(zhì)合金基體上制成的锚倦。PCD刀具最有效的用途是加工過共晶鋁合金（硅含量超過12.6％）酒管。PCD刀具的切削刃能長(zhǎng)久保持鋒利，超過了任何其它刀具材料耻宋。此外腿弛，PCD刀具適用于高速切削。

　　聚晶立方氮化硼（PCBN）的硬度僅次于PCD雁巾。市場(chǎng)供應(yīng)的PCBN刀片有多種結(jié)構(gòu)型式躬摆，如焊接式PCBN刀片（將或大或小的PCBN刀尖焊接在硬質(zhì)合金刀片上）、整體PCBN刀片岔霞、采用硬質(zhì)合金基體的全加工面PCBN刀片等阻洋。PCBN刀片牌號(hào)通常用于淬硬鋼绕鸯、工具鋼、高速鋼（HRC45～60）败芙、灰鑄鐵鹃壤、冷硬鑄鐵以及粉末冶金材料的精鏜加工。PCBN的一個(gè)獨(dú)特性能是其室溫硬度與切削時(shí)的高溫硬度基本相同壁顶，這就使PCBN刀具在高速加工中可獲得比加工相同工件的其它類型刀具更長(zhǎng)的刀具壽命珠洗。

　　用于鋼制鏜刀桿的鏜刀片型號(hào)有：CNMG 332、CNMG432和CNMG542若专；DNMG 332和DNMG 442许蓖；SNMG 432；TNMG 332和TNMG 432调衰；VNMG 332和VNMG 432膊爪；WNMG 332和WNMG 432。鏜刀片的主要幾何角度有前角嚎莉、刃傾角和余偏角米酬。前角和刃傾角為負(fù)值，典型的前角值為－6°趋箩；刃傾角根據(jù)刀片形狀的不同赃额，在－10°～－16°之間取值；余偏角與刀片形狀有關(guān)：CNMG和WNMG為－5°阁簸，DNMG和VNMG為－3°爬早，TNMG為－1°掩纺，SNMG為15°伏嬉。

　　用戶通過對(duì)刀片材料及幾何參數(shù)、刀桿材料及切削力進(jìn)行認(rèn)真權(quán)衡和優(yōu)選炼注，就會(huì)使鏜刀的撓曲減至最小怕翘，加工出符合要求的孔。

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