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半精加工凸轮轴孔镗刀的设计及应用牵引装置

时间：2022年08月11日

半精加工凸轮轴孔镗刀的设计及应用

半精加工凸轮轴孔镗刀的设计及应用 2011年12月04日来源：在柴油机行业中，缸盖上的凸轮轴孔的半精加工是其制造过程中的难点之一，其孔的尺寸精度、形位公差及表面粗糙度均有较高的要求，一般采用铰削加工。但铰削加工余量小，切削速度低，对大批量生产，尤其是在生产线上，难以达到高加工节拍的要求。并且高精度铰刀的制造成本高，刀具的初始投入和加工过程中刀片的消耗成本高，客户从经济性出发，难以接受。为此，我们设计并制造了凸轮轴孔半精镗刀。

一．凸轮轴孔半精镗刀的结构和特点被加工件结构描述在缸盖上有凸轮轴孔的表面加工完成后，将轴瓦镶好，并拧紧螺栓，使之成为一个整体。但合成后，由于毛坏余量不均等种种原因，则内孔及端面非常不规则，易造成刀具振动。在此序加工零件的要求为：内孔尺寸f42.5mm，五个孔的同轴度f0.03mm，表面粗糙度Ra1.6。凸轮轴孔半精镗刀结构及特点⑴工具柄部采用MAS403标准中的BT50号7:24锥柄，公差等级为AT3级，刀杆有效长度为388mm。刀具采用了整体式结构，增强了刀具刚性。⑵切削部分采用两个轴向、径向均可调的WALTER小型刀夹FR671。便于调整刀具的端跳和径跳及刀具的尺寸精度。

WALTER小型刀夹FR671

双色镀层老虎刀片

⑶刀片采用CCMT060204-PS4 WAK10，拥有超强耐磨和辨别磨损情况的双色涂层老虎刀片，是铸件加工的专用刀片，切削性能及寿命提高75％。它降低了磨损、减少了消耗、提高工作效率。⑷刀具采用了四条均匀分布导向块结构，能承受由于余量不均，引起的切削力不平衡，造成刀杆各方振动。且刀具自行导向，可增加刀具刚性，提高效率。⑸刀具采用了中心冷却，油性切削液协助排屑，切削液的冷却作用主要是带走大量的切削热，降低切削温度；减少工件、刀具的热膨胀，提高加工精度。在切削过程中，刀具前刀面与切屑接触，发生剧烈摩擦，压力很高（1Gpa以上），切削液也起到边界润滑作用。二．凸轮轴孔半精镗刀的部分设计参数的确定与选取刀杆材料及热处理硬度的确定与选取刀杆材料的选择，直接关系到刀杆的强度及刚性，是该刀具能否成功的关键。我们选择了相当于国内20CrMnTi的材料。生产工艺为：锻造、正火、粗加工、半精加工、热处理、精加工的工艺路线。毛坯在机加前需正火，其目的是为了改善锻造状态的不正常组织，以利于切削加工，保证零件合格。渗碳层厚度为0.8-1.2mm。渗碳后淬火，其表面层由于碳含量较高，表面在淬火低温回火后基本上是回火马氏体组织，具有很高的硬度及耐磨性，硬度为HRC53-58；其芯部由于Cr、Mn元素提高钢的淬透性的影响，此材料在淬火低温回火后可以获得回火低碳马氏体组织，具有高的强度和足够的冲击韧性的良好配合。因此，该材料经上述冷热加工和热处理后，所获得的性能完全满足技术要求。刀杆上刀夹槽尺寸的确定与选取根据被加工件内孔的尺寸，确定刀夹只能采取轴向安装，具体情况见图2。

FR671结构尺寸

导向块直径尺寸及精度的确定与选取为保证镗孔时能平稳加工，刀体上有四个支撑条定位。刀片装配之后，对支撑条的径向圆跳动不得超过0.02mm。支撑条的引导角应等于刀齿的主偏角，同时支撑条的轴向端点（最低点）应低于刀尖0.5mm左右。根据我们的经验，支撑条的长度是直径的1-4倍，宽度是直径的0.2倍。由于支撑条的表面粗糙度值直接影响被加工孔的表面粗糙度值，为降低被加工孔的表面粗糙度值，常取支撑条的表面粗糙度Ra≤0.1µm。从工作情况来看，有两条支撑条就可以了，即导向块位于刀夹槽的后面20°左右。这样布置可以使导向块承受切削力，以保证镗出的孔的尺寸精度和直线性。材料力学的弯曲变形理论说明，悬臂梁的末端变形量与其悬伸长度的3次方成正比。增加支撑条后，由于悬臂长度大大减小，刀具刚性将极大好转。实践经验表明，在镗比较深的孔时，沿镗刀杆圆周焊接四条支撑条，将有效提高镗刀的刚性。增加的两条支撑条主要起阻尼作用，减少振动。支撑条除了起保证孔径尺寸精度和导向的作用外，由于它对孔壁的挤压和摩擦作用，对已加工孔的表面粗糙度有很大影响。为保证支撑条有相应的挤压余量，减少被加工孔的表面粗糙度值，要求刀具中心到刀尖的半径不与刀具中心到导向块的半径重合。这个差值取决于被加工材料，铸铁件的加工：在被加工材料的硬度为HBS≤200时，支撑条与刀尖的半径-0.005mm～0.005mm；在被加工材料的硬度为HBS≥200时，支撑条与刀尖的半径0.002mm～0.02mm。三．使用过程中的注意事项主要切削参数切削速度：100m/min进给速度：150mm/min主轴转速：750r/min每齿进给：0.1mm/Z使用前应注意检查支撑条边缘是否光滑，避免运输、储存等环节中对支撑条边缘的损伤影响加工质量。如果发现支撑条边缘有毛刺、崩口等不光滑现象，应及时用油石背光，以提高被加工件的尺寸稳定性，改善被加工件的表面粗糙度。机床工作应稳定，工艺系统刚性要好，防止被加工件振动。润滑液必需充足，浓度为15%左右。(end)