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机械工程实训教程
1.10.5 8.5 孔和螺纹加工

8.5 孔和螺纹加工

常用的钻孔工具有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床三种,手电钻也是常用的钻孔工具。

手电钻主要用于钻直径12mm 以下的孔,其常用于不便使用钻床钻孔的场合。手电钻的电源有220V 和380V 两种。由于手电钻携带方便,操作简单,使用灵活,所以其应用比较广泛。

8.5.1 钻孔、扩孔、铰孔、锪孔

1.钻孔

用钻头在实体材料上加工孔的方法叫钻孔,它是一种最基本的孔加工方法。

(1)麻花钻 钻孔最常用的刀具是麻花钻,用麻花钻钻孔的尺寸精度为 IT13~IT11,表面粗糙度 Ra值为50~12.5μm,属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工,例如螺栓孔、油孔等,也可作为质量要求较高孔的预加工。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成。如图8-47所示。

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图8-47 麻花钻的构造

柄部是钻头的夹持部分,用以传递扭矩和轴向力。柄部有直柄和锥柄两种形式,钻头直径小于13mm 时制成直柄;钻头直径大于12mm 时制成莫氏锥度的圆锥柄。锥柄后端的扁尾可插入钻床主轴的长方孔中,以传递较大的扭矩。

颈部是柄部和工作部分的连接部分,是磨削柄部时砂轮的退刀槽,也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。

钻头的工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作,切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。导向部分的作用是当切削部分切入工件后起导向作用,也是切削部分的后备部分。导向部分有微小的倒锥度,即从切削部分向柄部每100mm 长度上钻头直径减少0.03~0.12mm,以减少与孔壁的摩擦。

(2)钻孔基本操作方法 钻孔前,将工件按图样要求划线,打样冲眼。孔中心的样冲眼应打得大些,使钻头不宜偏离中心,在工件孔的位置划出孔径圆和检查圆,并在孔径圆和中心冲出小坑,如图8-48所示。

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图8-48 钻孔前准备图

根据工件孔径大小选择合适的钻头。调整钻床主轴位置,选定主轴转速和进给量,准备好所需要的切削液。钻大孔时,转速应低些,以免钻头很快磨钝。钻小孔时,转速应高些,但进给可慢些,以免钻头折断。钻硬材料转速应低些,反之应高些。

钻孔时,先对准样冲眼试钻一浅坑,如果钻孔产生偏斜应及时纠正,方法是:较小的孔可用样冲眼纠正,较大的孔用油槽錾在孔偏斜相反的一边錾几个槽,如图8-49所示。

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图8-49 钻孔偏斜的修正

钻通孔时,工件下面要垫上垫块或把钻头对准工作台空槽,进给速度要均匀,将要钻通时,进给量要减小,最好用手动进给。当钻孔直径 D≤35mm 时,可一次钻出;D>35mm 时可分两次钻出,这时预钻孔的直径取加工直径的0.7~0.8倍。钻深孔时,当孔深度达到直径三倍以上时,钻头必须经常退出排屑和冷却。钻韧性材料要加切削液。

2.扩孔

扩孔是用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出的孔进行扩大加工。扩孔可在一定程度上校正原孔轴线的偏斜,扩孔的精度可达 IT10~IT9,表面粗糙度 Ra值可达6.3~3.2μm,属于半精加工。扩孔常用作铰孔前的预加工,对于质量要求不高的孔,扩孔也可作孔加工的最终工序。

扩孔钻由切削部分、导向部分及柄部组成,如图8-50所示。

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图8-50 扩孔钻

扩孔钻与麻花钻相比,容屑槽浅窄,可在刀体上做出3~4个切削刃,提高生产效率。同时,切削刃增多,棱带也增多,使扩孔钻的导向作用提高了,切削较稳定。此外,扩孔钻没有横刃,钻芯粗大,轴向力小,刚性较好,可采用较大的进给量。

3.铰孔

用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属,使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法,称为铰孔。铰孔是应用较普遍的对中小直径孔进行精加工的方法之一,它是在扩孔或半精镗孔的基础上进行的。根据铰刀的结构不同,铰孔可以加工圆柱孔、圆锥孔;可以手工操作,也可以在机床上进行。铰孔后孔的精度可达 IT6~IT5,表面粗糙度Ra值达1.6~0.4μm。

铰刀的结构如图8-51所示,铰刀由柄部、颈部和工作部分组成。工作部分包括切削部分和修光部分(标准部分)。切削部分为锥形,担负主要切削工作。修光部分起校正孔径、修光孔壁和导向作用。为减少修光部分刀齿与已加工孔壁的摩擦,并防止孔径扩大,修光部分的后端为倒锥形状。

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图8-51 铰刀

铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀为直柄,其工作部分较长,导向性好,可防止铰孔时铰刀歪斜。机用铰刀工作部分最前段倒角较大,一般为45°,易于放入孔中,保护切削刃。

4.锪孔

锪孔通常称为锪窝,是用锪孔钻或锪刀刮平孔的断面或切除沉孔的方法。锪孔及锪平面的形式有3种:锥形沉头孔 [图8-52(a)]、圆柱沉头孔 [图8-52(b)],孔的上、下端平面[图8-52(c)、(d)]。

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图8-52 锪孔及锪平面的形式

锪钻是锪孔用的工具,锪钻可由麻花钻头改制而成,但一般都有专门锪钻。锪钻按其切削部分的形状分为3种:圆锥形埋头锪钻、圆柱形埋头锪钻和端面锪钻。

8.5.2 攻螺纹和套螺纹

1.攻螺纹

用丝锥加工工件内螺纹的方法称为攻螺纹。

(1)丝锥 丝锥是加工内螺纹的刀具,分为手用丝锥和机用丝锥,如图8-53所示。

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图8-53 丝锥

丝锥由工作部分和颈部组成,工作部分又分为切削部分和校准部分。切削部分起主要切削作用,呈锥形,工作部分沿轴向有3~4条容屑槽,使切削部分形成切削刃、前角、后角和锥角,以便将切削力均匀分布到各刀齿上,逐渐切到齿深。校准部分具有完整的齿形,修光并校准已切出的螺纹,引导丝锥沿轴向运动,加工出合格的内螺纹。

为了减少攻螺纹时的切削力和提高丝锥的使用寿命,将切削负荷分配给一组丝锥,手用丝锥通常2~3支丝锥组成一组。其切削负荷的分配有两种形式,锥形分配和柱形分配,如图8-54所示。切削负荷采用锥形分配时,同组丝杠的大径、中径和小径都相等,只是切削部分的长度和锥角不等。头锥切削部分的长度为5~7个螺距,二锥是2.5~4个螺距,三锥是1~2个螺距。切削负荷采用柱形分配时,同组丝锥的大径、小径和中径都不等,随头锥、二锥、三锥一次增大。攻螺纹时,切削用量分配合理,每支丝锥磨损均匀,使用寿命长。但攻螺纹时顺序不能搞错。

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图8-54 丝锥切削量分配

(2)铰杠 铰杠是手工攻螺纹时,用来夹持丝锥,施加力矩的工具。分为普通铰杠、丁字铰杠。各种铰杠又分为固定式和活络式,如图8-55所示。铰杠的规格参数为柄长(mm),常用的有150、225、275等。

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图8-55 铰杠

(3)攻螺纹时底孔直径的确定 攻螺纹时,丝锥在切削材料的同时,还产生挤压,使材料向螺纹牙尖流动。若攻螺纹前底孔直径与螺纹小径相等,被挤压的材料就会卡住丝锥甚至使丝锥折断。并且材料的塑性越大,挤压作用越明显。因此,攻螺纹前底径的大小应从被加工材料的性质考虑,保证攻螺纹时既有足够的空间来容纳被挤出的材料,又能够使加工出的螺纹有完整的牙型。

一般攻普通螺纹前的底孔直径(d0)可参照下式计算:

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n为常数,在钢或韧性材料上攻螺纹时,n=1;在铸铁或脆性材料上攻螺纹时,n=1.1。

攻盲孔时,由于丝锥切削部分带有锥角,不能切出完整的加工牙型,因此,为了保证螺孔的有效深度,所钻孔底深度(L0)一定要大于所需螺孔深度(L),一般取:

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2.套螺纹

套螺纹是用板牙或螺纹切头加工外螺纹的方法。

(1)板牙 板牙是加工外螺纹的刀具,由切削部分、校准部分和排屑孔组成,如图8-56所示。

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图8-56 圆板牙

排屑孔形成刃口。切削部分是指板牙两端的锥形部分,其锥角约为30°~60°,前角在15° 左右,后角约为8°。校准部分在板牙的中部,起导向和修光作用。

圆板牙两端都有切削部分,一端磨损后可换另一端使用。但圆锥管螺纹板牙只在一面制成切削锥,所以,圆锥管螺纹板牙只能单面使用。

铰杠是用来安装板牙并带动板牙旋转切削的工具,通常又称为“板牙架”,如图8-57所示。

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图8-57 板牙铰杠

(2)套螺纹时圆杆直径的确定 套螺纹时,板牙在切削材料的同时,也会产生挤压作用,使材料产生塑性变形。所以,套螺纹前的圆杆直径(D)应稍小于螺纹公称直径(d),可参照下式计算:

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圆杆直径确定后,为便于切削,在圆杆的端部应倒角15°~20°,倒角处小端直径应小于螺纹小径。