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【簡(jiǎn)介】
1 前言
金剛石鉸刀是近20年發(fā)展起來(lái)的一種高精度內(nèi)孔加工刀具。由于它的加工精度高(一般可達(dá)2μm)、表面粗糙度值小(一般可達(dá)Ra0.4~0.2μm)、加工效率高(一般可提高3~5倍)、壽命長(zhǎng)(一般能加工10000件以上)、質(zhì)量穩(wěn)定可靠，因而在液壓、農(nóng)機(jī)、汽車(chē)、機(jī)床、軍工等行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。
電鍍金剛石鉸刀是利用電鍍的方法，以金屬鎳、鐵或銅等作結(jié)合劑，將金剛石顆粒包絡(luò)在刀體上形成的。電鍍鉸刀要求電鍍層表面達(dá)到較高的幾何精度，以確保磨粒切削刃具有較好的等高性和鋒利性，減小切削負(fù)荷，提高鉸刀的幾何質(zhì)量、物理質(zhì)量和耐用度。
目前，國(guó)內(nèi)金剛石鉸刀采用外鍍法制造。制造時(shí)，需要對(duì)磨粒進(jìn)行嚴(yán)格篩選，通過(guò)鍍層金屬直接將磨粒固定在刀體周?chē)Ｋ冦q刀磨粒等高性差，需用金剛石砂輪修磨，但修磨將破壞磨粒的天然刃口，鈍化磨粒，影響加工效率及被加工孔的表面質(zhì)量。為此，我們提出了一種新型設(shè)計(jì)與制造的方法——內(nèi)包容電鍍法(簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)鍍法)，并進(jìn)行了鉸刀設(shè)計(jì)、制造與切削試驗(yàn)研究，以求其在精密孔加工中取得更佳的加工效果。
2 金剛石鉸刀的內(nèi)鍍法原理與鉸削機(jī)制
迄今為止，內(nèi)包容電鍍技術(shù)已成功應(yīng)用于高精度金剛石滾輪的制造，但一直未用于制造金剛石鉸刀。金剛石鉸刀內(nèi)鍍的方法是，采用穩(wěn)定材料制造一個(gè)與鉸刀外形相反的高精度內(nèi)孔胎模，將金剛石磨粒電鍍?cè)谔ツ?nèi)表面，加厚形成電鍍層，再將鍍層與刀桿粘結(jié)在一起。為將胎膜順利脫出，可在胎膜內(nèi)表面先鍍一層低熔點(diǎn)金屬，最后加熱脫模制成鉸刀。同時(shí)，也可保證高精度內(nèi)孔胎模不受損傷而能重復(fù)使用，以降低制造成本。
采用內(nèi)鍍法制造的鉸刀，其磨粒完全由高精度內(nèi)孔胎模包容，鍍層磨粒表面可以達(dá)到較高的幾何精度，磨粒等高性好，微刃鋒利，所以其切削性能優(yōu)于外鍍法鉸刀，所加工孔的表面粗糙度值小，且刀具不需修磨，使用壽命長(zhǎng)。
在金剛石鉸刀鉸削過(guò)程中，鉸刀磨粒與工件孔壁相互干涉，相互作用，不斷地將干涉點(diǎn)切去而進(jìn)行相互修整。鉸刀表面和孔表面不斷地產(chǎn)生新的干涉點(diǎn)，使孔壁與鉸刀表面的接觸面積不斷增大，特別是鉸刀校正部的磨粒頂部的銳邊和銳角被磨成了一個(gè)個(gè)小平面，如圖1所示。與此同時(shí)，切削余量越來(lái)越小，切削作用也越來(lái)越弱。而鉸刀對(duì)孔壁的擠壓和拋光的作用卻越來(lái)越強(qiáng)，這就使孔的圓度越來(lái)越高、表面粗糙度值越來(lái)越小。這就是為什么金剛石鉸刀使用時(shí)間越長(zhǎng)，加工孔的表面粗糙度值越小的原因所在。
1.刀體 2.切屑 3.粘結(jié)劑 4.金剛石顆粒
金剛石鉸刀鉸削工件內(nèi)孔的過(guò)程中，鉸刀切削部切除工件大部分余量(實(shí)際上總的鉸削余量很小)，而校正部只切除少許余量，但其對(duì)工件表面的擠壓和拋光作用卻是金剛石鉸刀鉸孔的主要過(guò)程，是保證工件加工質(zhì)量的主要因素。同時(shí)通過(guò)擠壓和拋光，工件表面會(huì)產(chǎn)生塑性變形而提高硬度。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，工件表面經(jīng)金剛石鉸刀鉸削后的硬度比鉸削前明顯提高0.5~1.0倍，這無(wú)疑對(duì)提高工件使用壽命是非常有利的。
對(duì)于一把正常使用的金剛石鉸刀，其磨粒應(yīng)露出來(lái)參加切削。因此，磨粒間的結(jié)合劑應(yīng)形成一個(gè)個(gè)凹坑。在鉸削的過(guò)程中，大量的切屑藏于這些凹坑中(圖2)，并蝕除部分結(jié)合劑，使得磨粒前面的凹坑逐漸加深；磨粒后面的結(jié)合劑則很少被切屑所蝕除，同時(shí)由于擠壓力的作用，使結(jié)合劑向后蠕動(dòng)，更加強(qiáng)了對(duì)磨粒的支撐作用。這就是金剛石鉸刀的顆粒不容易脫落，鉸刀保持較長(zhǎng)壽命的原因之一。
1.金剛石 2.切屑
1.金剛石顆粒 2.切屑 3.粘結(jié)劑 4.刀體
3 內(nèi)包容金剛石鉸刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目前金剛石鉸刀有固定式和可調(diào)式兩大類(lèi)型。為了加工出高精度內(nèi)孔，金剛石鉸刀宜采用固定式。因?yàn)楣潭ㄊ姐q刀制造工藝簡(jiǎn)單，易于修磨，成本較低，加工孔的尺寸穩(wěn)定性好。加工通孔用固定式金剛石鉸刀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。下面具體討論一下鉸刀主要部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.夾持部 2.后導(dǎo)部 3.倒錐部 4. 校正部 5.切削部 6.前導(dǎo)部
1) 校正部的設(shè)計(jì) 校正部是鉸刀的修光和提高精度<
