介紹一種閥芯圓錐斜面微小孔鉆削技術(shù)，針對零件的裝夾定位和均布孔的分度問題進行分析研究，通過設(shè)計專用的圓錐斜面分度定位裝置，并結(jié)合微小孔加工技巧，解決了此類零件的角度轉(zhuǎn)換定位和微小孔鉆削難題。
PART1
序言
閥芯是液壓系統(tǒng)中各類控制閥、鎖等零部件上的核心零件，依靠閥芯在閥鎖內(nèi)部孔道中的移動、旋轉(zhuǎn)等動作，可以控制液壓系統(tǒng)中液體的流動方向、流量及流速等。為了實現(xiàn)控制閥的某些功能要求，在閥芯上設(shè)計有許多小孔，以起到控制液體流量、阻尼和排氣等作用。隨著產(chǎn)品集成化程度越來越高，各種液壓閥鎖部件設(shè)計也越來越精密，結(jié)構(gòu)愈發(fā)緊湊，閥芯零件的設(shè)計也趨向小型化、微型化，致使這些零件在加工過程中產(chǎn)生困難，依靠傳統(tǒng)的加工方法難以解決，必須采取一些特殊的工藝措施。
圖1所示為生產(chǎn)實際中大量使用的一種小閥芯，其材質(zhì)為GCr15鋼，具有圓錐斜面結(jié)構(gòu)，在圓錐斜面上需要加工圓周均布的0.8～1mm微小孔。鉆孔過程中需將零件軸線與基準平面成45°角進行定位鉆孔，第一個孔加工完成后，還需解決下一個孔的分度問題，而且該閥芯零件體積較小，使用常規(guī)加工方法加工此類零件具有一定的難度。
圖1 小閥芯結(jié)構(gòu)
PART 2
圓錐斜面微小孔加工存在的問題
小閥芯由于體積較小，形狀結(jié)構(gòu)特殊，需要在圓錐斜面上加工圓周均布的微小孔，使用常規(guī)鉆削加工方法時，在零件的裝夾、定位、鉆孔及分度等操作中，均具有一定的難度，加工過程中頻繁出現(xiàn)鉆孔位置偏移、各孔分度不準及鉆頭折斷等問題。加工難點具體體現(xiàn)在以下幾個方面。
1）零件整體結(jié)構(gòu)為圓柱與圓錐的組合，需鉆孔位置處于圓錐部分，且孔軸線與圓錐母線垂直，而因為該圓錐面母線與零件軸線成一定角度，所以鉆孔時必須將其軸線與基準平面成相應(yīng)角度定位，使鉆孔位置的圓錐母線與基準平面平行，方可使鉆孔正常進行。
2）由于零件尺寸較小，且定位面為直徑較小的圓弧面，與基準面多為線接觸，在鉆孔過程中極易受切削力、夾緊力等影響而發(fā)生位置偏移，致使鉆孔位置偏差過大，嚴重時還會導致鉆頭折斷。
3）該零件需要在圓錐斜面上加工圓周均布的微小孔，在加工完一個孔后，需要轉(zhuǎn)換到下一個孔的位置，重新定位并夾緊，此步驟重復(fù)多次，方可完成單件零件的加工。由于零件尺寸較小，所以重復(fù)定位夾緊的過程中稍有偏差，就會導致各孔的位置產(chǎn)生較大的錯位，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
4）由于零件上所鉆孔的孔徑為0.8～1mm，屬于微小孔加工，所以對切削參數(shù)、鉆頭及操作人員的手法都有一定的要求。
綜上所述，要順利地完成閥芯圓錐斜面均布微小孔的加工，必須采取一定的工藝措施，解決其角度轉(zhuǎn)換定位、夾緊、分度及切削參數(shù)選用等問題。
PART 3微小孔加工方案
閥芯零件在加工過程中，需進行角度轉(zhuǎn)換的定位。考慮到閥芯結(jié)構(gòu)為圓柱和圓錐組合，其表面為圓弧面，且尺寸較小，在定位裝夾過程中容易滾動，使定位裝夾困難，為此設(shè)計專用的定位裝夾裝置來完成該零件角度轉(zhuǎn)換后的定位裝夾，同時此裝置還具有快速分度功能，能夠高效準確地完成均布孔的加工。
解決了閥芯的定位裝夾問題后，還必須對微小孔鉆削的切削參數(shù)進行適當選擇，同時對鉆頭及操作手法也有一定的要求。
3.1 分度定位鉆孔裝置
為了解決閥芯鉆孔過程中的定位和分度問題，針對此類零件的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計制作了專用的分度定位鉆孔裝置[1]。利用該鉆孔裝置，可以方便高效地對此類具有斜面結(jié)構(gòu)的零件進行鉆孔加工。
圓錐斜面分度定位鉆孔裝置如圖2所示，主要由本體和V形基座構(gòu)成。本體是橫截面為正多邊形的柱體，其端面中心加工出直徑稍大于零件直徑的孔，該孔直徑以大于待加工零件直徑0.1mm為宜，其深度與待加工零件圓柱部分長度相等。待加工零件穿入本體中心孔后，利用鎖緊螺釘將其緊固，以限制其自由度，防止零件在孔中徑向轉(zhuǎn)動及軸向竄動。鉆孔時，將裝夾好零件的本體放置于V形基座的V形槽內(nèi)，V形槽開口角度與零件的圓錐斜度一致，將零件斜面轉(zhuǎn)換為與基準平面平行的位置，使鉆孔得以順利進行。第一個孔加工完成后，通過本體沿其軸線翻轉(zhuǎn)，就可以完成零件的分度[2]，進行下一個孔的加工。反復(fù)翻轉(zhuǎn)本體，直至所有的孔加工完成。
圖2 圓錐斜面分度定位鉆孔裝置
圓錐斜面分度定位鉆孔裝置具有以下特點。
1）利用本體與V形基座的配合，實現(xiàn)角度的轉(zhuǎn)換，使零件的斜面與基準平面平行，與鉆孔方向垂直，使鉆孔順利進行。
2）V形基座的V形槽開口角度可以根據(jù)零件的斜面角度要求進行定制，以適應(yīng)不同的斜面角度鉆孔。
3）利用本體的正多邊形結(jié)構(gòu)，沿其軸向做翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)零件的分度。
4）本體可以根據(jù)零件的分度要求定制其正多邊形的數(shù)目，以適應(yīng)多種不同分度要求零件的鉆孔。
圖3所示為利用該裝置加工閥芯圓錐斜面微小孔的實際操作情況。
圖3 閥芯圓錐斜面微小孔鉆削
3.2 切削參數(shù)選擇及操作要領(lǐng)
小閥芯上需鉆孔直徑為0.8～1mm，屬于微小孔范疇，此類微小孔在鉆削時對切削參數(shù)有較高的要求。
鉆頭折斷是微小孔加工時比較常見的問題。由于鉆頭直徑較小，強度較弱，因此當加工過程中因鉆頭磨損或鉆孔深度增加時切屑擠壓而導致切削力增大時，就容易發(fā)生鉆頭折斷的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速是影響鉆頭磨損的重要因素，轉(zhuǎn)速越高，鉆頭磨損越嚴重。在微小孔加工中，由于鉆頭直徑較小，因此為了達到正常的切削速度，必須選擇較高的轉(zhuǎn)速，考慮到閥芯材料為GCr15高碳鋼，硬度較高，為了避免鉆頭磨損加劇，鉆頭轉(zhuǎn)速應(yīng)該略低一些，選擇在2000r/min左右[3]。
微小孔鉆削時，鉆頭的進給應(yīng)該靈活控制，操作人員應(yīng)集中精力，隨時注意手上的感覺，當感到進給力增大時，要及時控制鉆頭退出，清理切屑，如果切屑清理后仍需要較大的進給力，說明鉆頭磨損嚴重，需要修磨或更換鉆頭，以避免鉆頭因較大的切削力而折斷。微小孔即將鉆透時，由于切削深度發(fā)生變化而導致切削力減小，容易發(fā)生“扎刀”現(xiàn)象而導致鉆頭折斷，此時應(yīng)減小進給力，輕扶鉆床手柄，控制好鉆頭的平穩(wěn)進給，使鉆頭不會因進給過快而折斷。圖4所示為微小孔加工完成后的閥芯零件。
圖4 微小孔加工完成后的閥芯零件
PART 4結(jié)束語
在實際生產(chǎn)中，此類小閥芯零件在液壓系統(tǒng)中大量應(yīng)用，閥芯上的微小孔在普通數(shù)控機床上加工時，出現(xiàn)鉆頭頻繁折斷的問題，這是因為普通數(shù)控機床無法感知鉆頭因磨損或切屑阻塞而引起的切削力變化。此外，該閥芯體積較小，鉆孔方向特殊，在機床上裝夾也比較困難。本文通過設(shè)計專用的圓錐斜面分度定位鉆孔裝置，采用手工操作鉆床的方法來加工閥芯微小孔，可以憑操作人員的手感來控制鉆頭的進給，以避免因切削力變化而導致鉆頭折斷。在多批次的小閥芯生產(chǎn)中，利用此圓錐斜面鉆孔裝置和微小孔鉆削技術(shù)能高質(zhì)高效地完成加工。
專家點評
小閥芯需要在圓錐斜面上加工圓周均布的小孔，零件的裝夾、定位、鉆孔及分度均具有一定的難度。作者因地制宜，在傳統(tǒng)加工方法中采取一些特殊的工藝措施，通過專用工裝夾具實現(xiàn)零件的定位和角度轉(zhuǎn)換，高效準確地完成閥芯錐面均布孔的加工。
文章的亮點是圓錐斜面鉆孔裝置和微小孔鉆削技術(shù)，繼承發(fā)揚傳統(tǒng)機械加工的優(yōu)勢和經(jīng)驗，鉆孔裝置簡單實用、快捷方便，輕松解決了閥芯零件鉆孔過程中的定位和分度問題。手工操作鉆床加工閥芯微小孔，操作人員靠手感靈活控制鉆頭的進給，避免因切削力變化而導致的切屑擠壓和鉆頭折斷，加工方法非常適用于此類零件的多批次、小批量加工。
