模具零件上有很多不同规格和不同要求的孔,其中一部分孔要在车床、铣床和镗床上加工,另一部分则要由钳工利用钻床来加工。因此,钻孔、扩孔、锪孔和铰孔属于模具钳工加工孔的基本操作,应用十分广泛。
钳工常用孔加工设备有:台钻、立式钻床、摇臂钻床和手电钻等。
1.加工孔的特点有以下几点
1)孔加工刀具多为定尺寸刀具,如钻头、绞刀等。在加工过程中,刀具磨损造成的形状和尺寸的变化会直接影响被加工孔的精度。
2)由于受被加工孔尺寸的限制,切削速度很难提高,影响加工生产率和加工表面质量,尤其是在对较小的孔进行精密加工时。
3)刀具的结构受孔的直径和长度的限制,刚性较差。在加工时,由于受到轴向力的影响,容易产生弯曲变形和振动,孔的长径比(孔深度与直径之比)越大,刀具刚性对加工精度的影响就越大。
4)孔加工时,刀具一般是在半封闭的空间内工作,对加工过程的观察、控制比较困难,切屑排除困难,切削液难以进入加工区域,散热条件不好。切削区热量集中,温度较高,故影响刀具的耐用度和钻削加工质量。
因此,解决冷却、排屑、导向、刚性问题是孔加工中保证加工质量的关键问题。
2.钻孔工具
钻孔工具及使用见表5—4。
3.麻花钻
如图5—3所示为麻花钻的结构,它由工作部分、柄部和颈部所组成。
(1)工作部分
麻花钻的工作部分分为切削部分和导向部分。
1)切削部分担负主要的切削工作。
2)导向部分用于钻头在钻削过程中的导向,并作为切削部分的后备部分。
(2)柄部
用于装夹钻头和传递动力。
(3)颈部
颈部是柄部与工作部分的连接部分,并作为磨外径时砂轮退刀和打印标记处。小直径的钻头不做出颈部。
麻花钻的直径按标准尺寸系列和螺孑L的底孑L直径设计,螺旋角一般为25。~32。,标准麻花钻的顶角约为118。。
4.工件的装夹
在钻床上进行孔加工时,工件的装夹方法及其所用的附件较多。小型工件通常可用台虎钳装夹,如图5—4a所示;大型工件可用压板螺栓直接安装在工作台上,如图5—4b所示;在圆轴或套筒上钻孔时,一般把工件安装在V形架上,再用压板螺栓压紧,如图5—4c所示;在成批和大量生产中,尤其在加工孔系时,为了保证孔及孔系的精度,提高生产率,广泛采用钻模来装夹工件。
5·钻孔方法
1)按划线钻孔。先按图样划出孔的中心线,并在交点处打上较大的样冲眼,作为钻头尖的导入点。钻孔时,钻头对准样冲眼锪一个小窝,检查小窝与所划的圆孔中心线是否同心;如果略有偏斜,可移动工件纠正。如果偏斜较多或钻孔较大,可用样冲或尖錾在偏移的相反方向錾几条槽再试钻,直到试钻的窝位正确后才可正式钻孔。钻通孔时,在将要钻穿前,必须减小走刀量。钻孔深度达到直径3倍时,钻头必须经常退出排屑,并注意冷却,防止钻头折断或退火。
2)在圆柱面上钻径向孔。钻孔前先在轴线或套筒类零件的圆柱面上和端面上划好线;在钻夹头内装入钻头或定位工具,使下部进入V形铁的槽内,用手转动钻轴找正,使钻轴中心线位于V形槽中央,将V形铁紧固在钻台上;把工件安装到V形铁上,用角尺找正,使工件端面的中心线与钻床台面垂直,将工件夹紧;然后试钻,待位置正确后钻孔。
3)在斜面上钻孔。在斜面上用普通钻头钻孔时,为防止钻头单边切削而造成孔偏或折断钻头,必须在钻孔前先錾出或铣出一个小平面,然后再用钻头钻孔。
4)钻半圆孔。在工件上钻半圆孔时,要先用一块与工件材料相同的垫块,将它和工件合并在一起,夹紧在虎钳中,在接合面处打样冲眼,然后钻孔。
5)组合件之间钻孔。在压入式模柄与上模座问钻骑缝销钉孔,装配模具时,加工两个件的防转销钉即为组合件之间钻孑L。钻孑L时钻头易向材质软的一侧偏斜,故钻孔前先用样冲偏于硬材料一边冲眼,钻孔开始阶段也将钻头往硬材料一边偏,以抵消因材质所不同引起的偏移。
6.扩孔
扩孔与钻孔相比,精度较高,表面粗糙度较低,且可在一定程度上校正钻孔的轴线偏斜。扩孔使用麻花钻或扩孔钻进行。扩孔钻具有以下特点。
1)刚性较好。由于扩孔的切深小、切屑少,扩孑L钻的容屑槽浅而窄,钻心比较粗壮,增加了工作部分的刚性。
2)导向性较好。扩孔钻有3~4个刀齿,导向作用相应增强。
3)切削条件较好。扩孔钻无横刃,只有切削刃的外缘部分参加切削,切削轻快,可选用较大的进给量和切削速度,生产率较高;又因切屑少,排屑顺利,不易刮伤已加工表面。
扩孔前的底孔先用0.5~0.7倍的钻头预钻,再用等于本工序孔径的扩孔钻扩孔,扩孔的切削速度为钻孔的l/2,进给量为钻孔的1.5—2倍。除了铸铁和青铜材料外,其他材料的工件扩孔时都要使用切削液冷却润滑。
7.铰孔
铰孔是对中小直径的孔进行半精加工和精加工的一种孔加工方法,也可以用于磨孔或研孔前的预加工,如:模具零件中的销钉孔就是通过铰孔来达到精度要求的。所用工具为铰刀,铰刀的种类见表5—5。由于铰削的加工余量小,参与齿数较多,导向及刚性好,综合了切削和挤光作用,所以,铰削后的孑L精度高,一般为:IT6一ITl0,细铰甚至可达IT5,表面粗糙度R。可达1.6~0.4¨m。铰刀是定尺寸刀具,适合加工小直径孔,直径大于80mm的孔不适宜铰削。模具制造中常需要铰孔的情况是销钉孑L,安装圆形凸模、型芯或顶杆等的孔,以及冲裁模刃口锥孔等。
铰孔加工中一般机铰刀用于车床和钻床上进行铰孔;手铰刀则用绞杠进行铰孔,如图5—5所示。
在铸铁和未热处理的钢工件上铰孔时,使用普通高速钢机铰刀;在经过淬硬的工件上铰孔时,使用标准硬质合金铰刀或硬质合金无刃铰刀,也可将变形的孔用旧铰刀铰孔,然后用铸铁研磨棒研至正确尺寸;在两种硬度不同的材料上铰孔时,应从较硬的材料一面铰入;铰不通孔时,先用标准铰刀铰孔,然后用磨去切削部分的旧铰刀铰孔的底部。
铰孔时应注意以下几个问题。
1)铰削余量要适中。余量过大,会因切削热多而导致铰刀直径增大,孔径扩大;余量过小,会留下底孔的刀痕,使表面粗糙度达不到要求。粗铰余量一般为O.15mm一0.35mm,精铰余量一般为0.0lmnl~0.05mm。
2)铰削时采用较低的切削速度,并且要使用切削液。在钢料上铰孔时,一般用乳化液、硫化油或菜油润滑冷却。在铸铁上铰孔,一般不加切削液,如要求质量较高,可采用煤油。在青铜或铝合金上铰孔,可加菜油或煤油。
3)为防止铰刀轴线与主轴轴线相互偏斜而引起的孔轴线歪斜、孑L径扩大等现象,铰刀与主轴之问应采用浮动连接。当采用浮动连接时,铰削不能校正底孔轴线的偏斜,孔的位置精度应由前道工序来保证。
4)机用铰刀不可倒转,以免崩刃。
8.沉孔
在模具中沉头螺钉紧固应用十分广泛,因此,模具零件加工中沉孔加工的量较大.这就用到了锪孔。常用的锪钻有圆柱形沉孑L锪钻、锥形锪钻和端面锪钻等,如图5-6所示。圆柱形沉孔锪钻和端面锪钻前端有导柱,导柱直径与已有孔采用H8/f7间隙配合,以保证定心和导向;锥形锪钻锥角有60~、75。、90~、120'’4种。
9.攻螺纹
攻螺纹,就是用丝锥在孔内切削出内螺纹。如图5—7所示为丝锥,丝锥由工作部分和柄部组成,工作部分又包含切削部分和校准部分。丝锥用碳素工具钢或高速钢制造,并经淬火处理,是标准刀具。 丝锥可分为手用丝锥、机用丝锥和管子丝锥三种。手用和机用丝锥均有粗牙、细牙之分。为完成攻螺纹的辅助工具有攻螺纹扳手。
1)手用丝锥。攻较小的通孔螺纹时,可以用头攻丝锥一次攻成。当螺孔尺寸较大或是盲孔时,为减轻攻螺纹时的切削力,宜采用成组丝锥加工。手用丝锥通常由两把或三把组成一组。通常’M6一M24的丝锥为两把一组;M6以下及M24以上为三把一组;细牙丝锥均为两把一组。使用时,顺序使用头攻、二攻和三攻。
2)机用丝锥。装在机床上,靠机床运动来攻螺纹。常用一把丝锥完成攻螺纹。但当工件直径较大或加工硬度高且韧性好的材料或盲孔时,应采用成组丝锥依次加工。
3)攻螺纹扳手也叫绞杠,手工攻螺纹时使用。又分为普通式和丁字式
攻螺纹前首先要加工与之对应直径的螺纹底孔,如果螺纹底孔直径过小,攻螺纹时,丝锥对金属既有切削作用又有挤压作用,造成丝锥损坏和折断;直
径过大,又会使攻出的螺纹不足,而成废品。盲孔攻螺纹时,除了螺纹底孔直径的要求外,深度也有一定的要求,由于丝锥切削刃部分攻不出完整的螺纹,所以,钻孔深度应超过所需的螺纹孔深度。钻深度是螺纹深度加上螺纹孑L外径的0.7倍。其次,孔口用90~锪钻倒角,使倒角的最大直径和螺纹的公称直径相等。这样,丝锥容易切入,最后一道螺纹也不至于在丝锥穿出来时崩裂。接着选择合适的扳手和丝锥,先用头攻攻螺纹,粗攻出螺纹,操作时要尽量把丝锥放正,两手用力要轻而均匀,以适当的压力和扭力把丝锥切入孔内,当切入l~2圈时,再仔细观察和校正丝锥的位置。可用肉眼观察或用角尺检查丝锥的垂直度,一般在切入3~4圈时,丝锥已正确导入孔内,此时可不必再使用压力,只施加扭力攻螺纹即可,然后,继续用二攻或二攻、三攻丝锥修光螺纹。
10.精密钻孔加工
当孔精度为微米级时,对较大孔可采用坐标镗床加工,较小孔则需要采用坐标磨床加工。没有精密设备时可采用研磨方法加工。
在坐标镗床上可以利用铰刀或镗刀进行精密孔的精加工,但当没有合适的铰刀或镗孔较困难时,可采用如图5—9所示的精孔钻进精加工。精孑L钻是由麻花钻修磨而成的,加工时先用普通钻头钻孔,并留扩孔量0.1~O.3mm.精钻时切削速度不能高,一般为2—8mm/s,进给量.厂:0.1—0.2mm/r。以菜籽油做润滑剂,钻头尺寸要选择在孔径尺寸公差范围内。只要钻头装夹正确,刃口角度对称,钻出的孔径与钻头尺寸基本相同,精度可达到IT4一IT6,表面粗糙度为R。=3.2~0.4¨m。
11.深孔钻加工
深孔加工是一种难度较大的技术,塑料模中的冷却水道孔、加热器孔及一部分顶杆孔等都属于深孔。一般冷却水道孔的精度要求不高,但要防止偏斜;加热器孔为保证热传导效率,孔径及粗糙度有一定要求,表面粗糙度为R。=12.5—6.3斗m;而顶杆孑L则要求较高,孔径一般为I聪级精度。
(1)深孔加工的特点
1)孔深与孔径之比较大,一般≥10,钻杆细长,刚性差,工作时容易产生偏斜和振动,因此,孑L的精度及表面质量难以控制。
2)排屑通道长,排屑不畅,若断屑再不好,则可能由于切屑堵塞而导致钻头损坏,孔的加工质量也无法保证。
3)钻头是在近似封闭的状况下工作,而且时间较长,热量多且不易散出,钻头极易磨损。
(2)对深孔钻的要求
1)断屑要好,排屑要通畅。要有平滑的排屑通道,借助于一定压力的切削液的作用促使切屑强制排出。
2)良好的导向装置。除了钻头本身需要有良好的导向装置外,应采取工件回转、钻头只做直线进给运动的工艺方法来防止钻头的偏斜和振动。
3)充分的冷却。切削液在深孔加工的同时起着冷却、润滑、排屑、减振与消声等作用,因此,深孔钻必须具有良好的切削液通道,以加快切削液的流动和冲刷切屑。
(3)深孑L加工常用的方法
1)中小型模具的孔,常用普通钻头或加长钻头在立钻、摇臂钻床上加工,采用带有冷却孔的麻花钻则更好。加工时应注意及时排屑并进行冷却,进给量要小,防止孔偏斜。生产中还使用大螺旋角加长的麻花钻,该钻头可在铸铁件上加工孔深与孔径比不超过30—40的深孔,也可在钢件上加工较深的孔。
2)中、大型模具的孔一般在摇臂钻床、镗床及深孔钻床上加工,较先进的方法是在加工中心上与其他孔一起加工。
3)过长的低精度孔也可采用划线后从两面对钻的方法加工。
4)对于直径小于20mm且长径比达100:1(甚至更大)的孔,多采用枪钻加工。它可以一次加工全部孔深,大大简化了加工工艺,且加工精度较高。
枪钻为单面刃外排屑深孔钻,最早用于加工枪管,故称枪钻。枪钻的工作部分由高速钢或硬质合金与无缝钢管压制成形的钻杆对焊而成。工作时工件旋转,钻头进给,同时高压切削液由钻杆尾部注入。冷却切削后沿钻杆凹槽将切屑冲刷出来。
枪钻切削部分的主要特点是仅在轴线一侧有切削刃,没有横刃。钻头偏离轴心线的距离e,内刃切出的孔有锥形凸台,有助于钻头的定心导向。合理配置内外刃偏角与钻头偏距,可控制外、内刃切削时产生恰当的径向合力F,与孔壁支撑反力平衡,维持枪钻钻头的平稳性,并使枪钻沿轴线方向前进,这是枪钻特有的性能。同时,枪钻切削时形成一个直径为2H的芯柱,此芯柱也附加起定心导向的作用。