淺析機(jī)加工專機(jī)線的鉆套

 

鉆套在零件的孔類加工中可起到重要的輔助作用。深入了解鉆套的使用可使技術(shù)人員更好地利用其進(jìn)行加工操作，同時(shí)在鉆套失效時(shí)進(jìn)行正確處理，避免一些不正當(dāng)?shù)氖褂眉疤幚矸椒ǎ�有效提高生產(chǎn)效率。

汽車發(fā)動機(jī)、變速箱的機(jī)加工零件大約有70％左右的加工內(nèi)容需要選擇鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及鏜孔等不同的加工形式，采用單獨(dú)或組合加工來完成。零件的孔類加工因設(shè)備的差異性（CNC加工中心與專機(jī)加工生產(chǎn)線）決定了有些刀具在專機(jī)線加工孔類時(shí)離不開鉆套的輔助支持作用。實(shí)際生產(chǎn)中，鉆套的合理使用是機(jī)加工生產(chǎn)線操作工及技術(shù)支持人員必須引起關(guān)注的重點(diǎn)。熟悉了解及正確使用鉆套可以保證加工零件上各孔的技術(shù)滿足要求，反之，則會出現(xiàn)鉆頭折斷、刀具直徑加快磨損、鉆孔引偏、影響后道加工及增加替換鉆套時(shí)間等情況，最終直接影響到生產(chǎn)線的開動率。故技術(shù)人員必須了解和熟悉鉆套的相關(guān)常識及控制手段。

鉆套的作用

鉆套的主要作用是控制刀具的位置尺寸和導(dǎo)引刀具的送入方向，滿足其加工孔有較高形位公差及斜面、曲面上鉆孔的技術(shù)要求（見圖1）。當(dāng)設(shè)備上加工零件的夾具定位精度不理想時(shí)，有時(shí)還可以通過鉆套刻意改變主軸的偏移量來達(dá)到加工孔位置度的技術(shù)要求，這是一種在調(diào)整設(shè)備比較耗時(shí)的前提下的應(yīng)急方法。另外，專機(jī)線的個(gè)別工位上的鉆套還能起到直徑刀具的防錯(cuò)驗(yàn)證，即生產(chǎn)線操作工在替換鉆頭或鉸刀刀具前，將新刀具往鉆套孔里邊插入，驗(yàn)證其是否能夠通過，使刀具直徑超差的風(fēng)險(xiǎn)得到控制。

圖1  挺柱孔上加工斜油孔的鉆套裝置

鉆套的材料

根據(jù)加工對象的差異性及刀具的材質(zhì)，一般鉆套會選用硬質(zhì)合金或合金鋼材料；高速鋼鉆頭或鉸刀刀具的鉆套一般會選擇合金鋼材料或硬質(zhì)合金材料；而硬質(zhì)合金鉆頭或鉸刀刀具的鉆套則會選擇硬質(zhì)合金材料。從鉆套的材料來看，雖然最終已達(dá)到較高的硬度（一般合金鋼鉆套經(jīng)過熱處理以后的硬度達(dá)HRC58～65左右，而硬質(zhì)合金鉆套的硬度更高，可達(dá)到89～93HRA），但是鉆套在使用久了或使用不合理的狀況下，還是會出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

鉆套與加工對象的相對位置

鉆套與加工面的間隙距離是根據(jù)加工孔、加工方式及加工刀具的形式而定。有些鉆套在定位后與加工面有一定的間隙，而有些鉆套定位后與加工面是接觸式的無間隙縱向定位。

1. 非接觸式的縱向定位

這種定位方式是當(dāng)加工孔的位置度要求相對不高、加工對象的縱向輪廓度尺寸較大、鉆頭刀具剛性較高及鉆套的縱向位置定位是固定式的定位裝置時(shí)，鉆套與加工面往往選擇有一定的間隙距離。這是絕大部分鉆套的定位方式。

2. 接觸式的縱向定位

這種機(jī)構(gòu)其鉆套的定位往往采用彈簧裝置或液/氣壓裝置來保證鉆套與加工對象的實(shí)際接觸。這種裝置不但能夠保證內(nèi)冷卻的壓力處于比較理想的狀態(tài)，而且特別是斜面上或者曲面上的定位更能減少刀具在初始加工中的讓刀偏移量，保證加工孔的最終位置度要求。下面的形式就需要選擇縱向接觸式的定位方式：

（1）加工對象表面的特殊性

位置度要求高的加工孔、加工對象是斜面或者曲面上的孔（如缸蓋挺柱孔上的斜油孔），有些是雙向偏移的加工對象孔（如曲軸軸頸上的斜油孔），這時(shí)候往往會選擇鉆套與加工表面接觸式的定位或較小間隙的鉆套定位方式，這樣可保證刀具加工中孔的位置度控制在工藝要求范圍內(nèi)。

（2）內(nèi)冷加工形式

根據(jù)刀具的使用情況，決定鉆套與加工對象的縱向定位。沒有內(nèi)冷卻液的刀具加工，一般選擇鉆套與加工面有一定間隙；而有高壓內(nèi)冷的鉆頭刀具，往往會選擇鉆套與加工面縱向接觸或密封狀態(tài)。其選擇接觸和密封狀態(tài)時(shí)，雖然鉆套的縱向定位需要固定架，增加了復(fù)雜的伸縮裝置，但是卻能夠保證刀具內(nèi)高壓冷卻的壓力，從而達(dá)到讓切屑順利排出鉆套外，避免鉆套與加工面有間隙時(shí)，由于高壓內(nèi)冷卻液直接在間隙處卸壓，冷卻液減少推動鉆套內(nèi)的切屑朝后面排出的力，造成切屑堵塞在鉆頭容屑槽內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)造成鉆頭扭拒上升而折斷刀具。

鉆套的失效

鉆套的失效就是鉆套使用一定時(shí)間以后已滿足不了其應(yīng)該承擔(dān)的輔助支持作用。因此，生產(chǎn)線操作工在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該注意鉆套的失效現(xiàn)象。其常見的失效有以下3個(gè)方面：

1. 鉆套的孔壁磨損

鉆套的孔壁磨損就是由于鉆頭或鉸刀的副切削刃與鉆套孔壁長期相對摩擦或短期單邊急劇摩損，形成整個(gè)孔壁磨損（見圖2）或一定范圍的孔壁磨損。鉆套使用時(shí)間偏長，直接導(dǎo)致鉆套的內(nèi)徑尺寸變大，一旦孔徑變大，會直接造成鉆頭加工對象孔的位置度尺寸和加工孔徑超差。鉆套的單邊磨損，一種原因在于零件的前道工序加工孔位置與后道工序加工刀具位置的同軸度值較大而引起；另一種是因?yàn)橹鬏S與鉆套的同軸度不好造成的。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于專機(jī)線動力頭上的主軸與夾具體上面的鉆套出現(xiàn)微小位移，這種差異往往由于設(shè)備調(diào)整比較困難，而只能靠替換鉆套來保證加工零件的位置度，最后造成鉆套呈單邊磨損。

 

圖2  鉆套的孔壁磨損

 2. 鉆套的孔壁局部磨損

（1）鉆套的局部單邊磨損

在加工凸輪軸和曲軸的斜油孔時(shí)使用的輔助鉆套，由于加工鉆頭刀具與加工面不是垂直切線方向進(jìn)給，故鉆頭在加工中有一定傾斜的角度。雖然有些鉆套也做到了與加工孔表面位置的縱向定位程度，但是由于鉆削加工中受力不均勻的原因，其鉆套孔壁的一個(gè)側(cè)面受力較大，直接導(dǎo)致鉆套孔壁的一邊加快磨損，這樣當(dāng)磨損越來越嚴(yán)重時(shí)就會存在鉆頭易斷的潛在風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)鉆套出口端面與加工表面設(shè)定的間隙值不合理時(shí)，鉆套的單邊磨損更嚴(yán)重，并且小直徑鉆頭刀具更易折斷。如一些單缸蓋生產(chǎn)線的加工挺柱孔斜油孔的鉆套，其鉆套出口端面與挺柱孔孔壁的間隙距離比較大，達(dá)到6mm之多，這樣4mm的鉆頭在加工斜油孔當(dāng)中，頻頻出現(xiàn)斷鉆現(xiàn)象，還加快了鉆套局部孔壁的單邊磨損（見圖3）。

圖3  鉆套局部孔壁的單邊磨損

（2）鉆套的交叉位置磨損

當(dāng)鉆套位置與主軸位置的同軸度較差時(shí)，鉆頭刀具加工一段時(shí)間以后會導(dǎo)致鉆套進(jìn)、出口處的相對位置的局部磨損。如圖4所示，由于鉆頭刀具與鉆套不同軸，所以鉆頭在進(jìn)入鉆套時(shí)就碰到了左邊的孔壁，這樣導(dǎo)致鉆頭的直線度變化。而鉆頭在繼續(xù)進(jìn)給時(shí)，由于鉆頭與鉆套的配合間隙，又造成鉆頭在鉆套的出口處碰到鉆套的右邊，這樣加工中不僅僅是加工孔的垂直度不好，使用時(shí)間一長還導(dǎo)致鉆套的進(jìn)出口孔壁出現(xiàn)相對的孔壁位置磨損。這種現(xiàn)象開始的時(shí)候加工孔還在工藝允許要求范圍之內(nèi)，但是時(shí)間一久，加工孔的位置度就會出現(xiàn)超差現(xiàn)象，因此，只能采用更換鉆套的方法來滿足加工孔的位置度要求。

圖4  鉆套的交叉位置磨損

3. 鉆套的密封圈磨損

有些鉆套還采用密封圈組合在上面，這種組合鉆套的密封圈磨損會直接影響到刀具加工過程中系統(tǒng)供給冷卻液壓力的下降，影響切削過程中切屑的排出。因此，鉆套密封圈的檢查與及時(shí)更換也是需要關(guān)注的工作點(diǎn)，圖5所示鉆套總成中的密封圈也是鉆套使用中的一個(gè)失效關(guān)注點(diǎn)。

圖5  鉆套的密封圈

鉆套的替換原則

鉆套在實(shí)際使用過程中，鉆套孔壁與直徑刀具相互摩擦，當(dāng)已滿足不了加工技術(shù)要求時(shí)，則需要替換新鉆套。鉆套的替換原則根據(jù)鉆套的失效情況而定，其常見的類型如下：

1. 鉆套孔徑超差報(bào)廢　　

鉆套的孔徑在制造過程中需遵循一定標(biāo)準(zhǔn)的制造要求，即鉆孔時(shí)、擴(kuò)孔時(shí)、粗鉸孔時(shí)和精鉸孔時(shí)都采用不同的選擇標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)有些鉆套由于使用時(shí)間較長，內(nèi)徑變大而造成加工對象的孔位置尺寸超差或加工孔直徑變大時(shí)，此類鉆套應(yīng)作報(bào)廢處理而重新更換。

2. 鉆套孔壁局部磨損嚴(yán)重　

有些特殊鉆套雖然孔徑?jīng)]有全部出現(xiàn)磨損，但是由于局部的孔壁磨損已經(jīng)造成鉆頭的折斷現(xiàn)象上升，故也應(yīng)及時(shí)更換新鉆套。

3. 鉆套使用壽命到期

有些鉆套根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的使用壽命，雖然還沒有出現(xiàn)加工零件孔的位置度超差，但是已經(jīng)到了設(shè)定使用壽命，該類鉆套也應(yīng)該作正常替換。

4. 鉆套的破損及斷鉆的卡死

鉆頭的折斷會直接影響到鉆套的破損、碎裂及斷鉆卡死在鉆套內(nèi)，這樣不得不重新替換鉆套。

鉆套的使用壽命設(shè)定

設(shè)定鉆套的使用壽命，是為了更好地控制使用過程中常見的失效現(xiàn)象。一般鉆套使用壽命的設(shè)定與其他刀輔具和易耗件刀具一樣，也可以采用一定的方法。

首先，可采用設(shè)備供應(yīng)商的推薦值來控制；其次，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)值來設(shè)定。但是，設(shè)定的使用壽命與刀具的使用壽命方法也有其差異性，刀具往往可以直接從加工對象的狀況及自身磨損程度來判定壽命設(shè)定是否合理，而鉆套的失效由于一般使用時(shí)間較長，故往往不被引起注意。另外，實(shí)際生產(chǎn)中比較難觀察到鉆套對刀具的影響及加工零件要求的滿足程度，因此，人們往往需要根據(jù)加工對象的形狀位置尺寸的測量結(jié)果和定期檢查及判斷鉆套來決定其是否可以繼續(xù)使用，通過多次循環(huán)的數(shù)據(jù)采集，才能得出正常情況下的使用壽命。

鉆套的正�？妆谀�損量可以通過正常的使用壽命設(shè)定來保證，通過加工孔的形狀位置精度與滿足下道工序的加工同軸度要求來設(shè)定。而有些鉆套局部孔壁磨損，是不容易發(fā)現(xiàn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，實(shí)際生產(chǎn)中必須實(shí)施相關(guān)的加工結(jié)果來判斷鉆套的磨損，減少應(yīng)急替換鉆套的現(xiàn)象。如通過加工零件的前后加工孔的位置度來預(yù)測鉆套的磨損加劇程度；目測加工孔的鉆頭加工與鉸刀加工的同軸度情況來判斷鉆套的磨損及定期檢查鉆套的實(shí)際磨損程度等。目前在實(shí)際生產(chǎn)中，鉆套往往是根據(jù)孔加工的位置度及斷鉆的頻繁出現(xiàn)來替換。因此，人們應(yīng)該選擇預(yù)防性的PM時(shí)間，利用計(jì)劃性的PM時(shí)間替換非計(jì)劃性的替換鉆套時(shí)間，以這種合理設(shè)定的PM驗(yàn)證頻次來達(dá)到控制鉆套正常使用壽命的目的。

結(jié)語

鉆套是機(jī)加工專機(jī)生產(chǎn)線的孔徑刀具加工孔的主要專用輔助件，鉆套的合理使用是有一定規(guī)律可以總結(jié)摸索的。鉆套不是在鉆頭或者鉸刀折斷時(shí)才需要替換，也不是一直可以長期使用。只有在一定的規(guī)范使用流程前提下，才能保證使用的鉆頭或者鉸刀刀具趨于合理狀態(tài)中，從而保證加工零件的孔的形狀位置精度要求，同時(shí)使鉆套正常合理地使用。