第七章零件預加工《冷作工工藝學（第五版）》

§7—1鉆孔第七章零件預加工

§7—2開坡口

§7—3磨削§7—1鉆孔第七章零件預加工§7—1

鉆孔零件的預加工主要是指為鉚接、焊接及裝配做準備，而在零件上進行的鉆孔、攻螺紋、套螺紋、開坡口、磨削等工作。根據工藝的需要，這些工作在生產流程中會重復出現(xiàn)，是冷作工應當掌握的。下面分別介紹有關預加工的基本知識?！?—1

鉆孔在材料上用鉆頭鉆削出各種直徑的孔稱為鉆孔。鉆孔時，工件固定，鉆頭裝在鉆床或其他鉆夾具上，依靠鉆頭與工件之間的相對運動來完成切削加工。鉆削加工時，鉆頭繞軸作的旋轉運動稱為主體運動，它使鉆頭沿著圓周進行切削；鉆頭相對工件做直線前進運動稱為進給運動，進給運動使鉆頭切入工件，連續(xù)地進行切削。由于這兩種運動是同時進行的。所以鉆頭切削刃上各點做螺旋運動，對材料進行切削而完成鉆孔作業(yè)。鉆孔時，由于刀具的剛度和精度都較差，加工的精度只能達到IT14～IT10級，表面粗糙度值Ra80～20μm，適用于加工精度要求不高的孔?！?—1

鉆孔一、鉆頭鉆頭多用高速鋼制成，并經淬火與回火處理。鉆頭的種類很多，如麻花鉆、扁鉆、中心鉆等。雖然外形有些不同，但切削原理基本一樣，鉆頭上都有兩條對稱排列的切削刃，在鉆削時可使產生的力矩平衡。這里僅介紹使用最為普遍的麻花鉆。1．麻花鉆的組成麻花鉆由柄部、頸部和工作部分組成?！?—1

鉆孔（1）柄部。柄部是鉆頭的夾持部分，用來傳遞鉆孔時所需的轉矩和軸向力，并使鉆頭軸線保持正確的位置。鉆柄分為以下兩種。1）直柄鉆頭的柄部呈圓柱形，用鉆頭夾夾持，傳遞的轉矩較小，只適用于直徑在13mm以內的鉆頭。2）錐柄鉆頭的柄部呈圓錐形，裝在鉆床主軸的莫氏錐孔內，靠圓錐面之間的摩擦力傳遞轉矩，轉矩隨軸向力增大而增大，錐柄鉆頭傳遞的轉矩較大，適用于直徑大于13mm的鉆頭。錐部扁尾除了可增大傳遞的轉矩，避免鉆頭在主軸孔或鉆套中打滑外，還便于用楔鐵把鉆頭從主軸孔或鉆套中退出。§7—1

鉆孔（2）頸部。供制造鉆頭時砂輪磨削退刀之用，一般也在這個部位表面上刻印商標、鉆頭直徑和材料牌號。（3）工作部分。由切削部分和導向部分組成。1）切削部分包括橫刃及兩條主切削刃，起主要的切削作用。兩條相對的螺旋槽用來形成切削刃，并起排屑和輸送切削液的作用?！?—1

鉆孔2）導向部分在切削過程中能保持鉆頭正直的鉆削方向，并具有修光孔壁的作用，同時還是切削部分的后備部分。導向部分有兩條窄的螺旋形棱邊，形狀略呈倒錐形（直徑向柄部方向漸縮），倒錐大小為每100mm內減少約0.05～0.1mm。這樣既能保證鉆頭切削時的導向作用，又減少了鉆頭與孔壁的摩擦，減輕了鉆孔的阻力?！?—1

鉆孔2．切削部分的幾何參數(shù)1—前刀面2、5—后刀面3、6—主切削刃4—橫刃7—副切削刃鉆頭切削部分的螺旋槽表面稱為前面，切屑沿此開始排出。切削部分頂端兩個曲面為后面，它與工件的過渡表面相對。鉆頭的棱邊（刃帶），即與已加工表面相對的表面，稱為副后面。前面與后面的交線稱為主切削刃。兩個后面的相交形成的切削刃稱為橫刃。前面與副后面的交線稱為副切削刃?！?—1

鉆孔（1）頂角2φ。鉆頭兩主切削刃間的夾角稱為頂角，又稱鋒角。頂角的大小與所鉆材料的性質有關，頂角大，切削時軸向力大；頂角小，切削時軸向力小。一般鉆削硬材料時，頂角選大一些；鉆削軟材料時，頂角選小一些。加工材料頂角（2φ）加工材料頂角（2φ）普通鋼和鑄鐵116°～118°純銅125°～135°合金鋼和鑄鋼120°～125°硬鋁合金和鋁硅合金90°～100°不銹鋼110°～120°膠木、電木及其他脆性材料80°～90°黃銅和青銅130°～140°§7—1

鉆孔（2）后角α。鉆頭主切削刃上任意點處的切削平面與后面之間的夾角稱為后角。后角的大小在主切削刃上各點都不相同，越靠近中心處后角越大，約為20°～26°；越靠近邊緣處后角越小，約為10°～15°。后角增大時，鉆孔過程中鉆頭后面與工件切削表面之間的摩擦減小，但切削刃強度也隨之降低。刃磨后角時，越近中心應磨得越大?！?—1

鉆孔（3）前角γ。主切削刃上任意一點的前角是該點前面的切線與基面在主正交平面上投影的夾角。前角的大小決定材料切削難易程度和切屑在前刀面上的摩擦阻力，前角越大，切削越省力?！?—1

鉆孔（4）橫刃斜角ψ。鉆頭橫刃和主切削刃之間的夾角稱為橫刃斜角，其大小與后角的大小有關。當刃磨后角大時，橫刃斜角就會減小，橫刃長度也隨之變長，鉆孔時，鉆削的軸向阻力增大，且不易定心。一般ψ=50°～55°。鉆頭的形狀比較復雜，但大致了解鉆頭的主要幾何參數(shù)，對正確選用鉆頭和進行刃磨都是十分重要的?！?—1

鉆孔二、鉆孔設備冷作工常用的鉆孔設備和鉆孔工具有臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床及電鉆等。1．臺式鉆床（簡稱臺鉆）臺鉆是一種小型鉆床，一般安裝在工作臺或鑄鐵方箱上。臺鉆的規(guī)格按其所能夾持鉆頭的最大直徑分為6mm和12mm兩種，12mm臺鉆表示最大的鉆孔直徑為12mm。鉆削小工件時，工件可放在工作臺上；當工件較大或較高時，可把工作臺轉到旁邊，直接把工件放在底座上進行鉆孔。§7—1

鉆孔2．立式鉆床（簡稱立鉆）立鉆一般用來鉆中型工件上的孔，其最大鉆孔直徑有25mm、35mm、40mm及50mm幾種。這種鉆床可以自動進給，功率和結構強度都允許采用較大的切削用量，并可獲得較高的效率和加工精度。另外，主軸轉速和進給量有較大的調整范圍，可對不同材料進行鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔和攻螺紋等工作。立鉆一般都有冷卻裝置，由冷卻泵供應加工時所需要的切削液。切削液儲存于底座空腔內，冷卻泵直接裝在底座上。§7—1

鉆孔3．搖臂鉆床搖臂鉆床適用于加工大型工件和多孔的工件。鉆孔時，工件固定不動，移動鉆床主軸對準工件上孔的中心，所以加工時比立鉆方便。主軸變速箱可在搖臂上做大范圍的移動，而搖臂又可回轉360°，所以搖臂鉆床可在很大范圍內進行工作。工件不太大時，可壓緊在工作臺上加工，若工作臺放不下，可把工作臺吊走，工件直接放在底座上加工。搖臂可沿立柱上下移動，鉆床主軸移動到所需位置后，搖臂可用電動脹閘鎖緊在立柱上，主軸變速箱也可用電動鎖緊裝置固定在搖臂上。這樣，加工時主軸位置不會變動，刀具也不易振動。搖臂鉆床的主軸轉速和進給量可調整范圍很大。主軸可自動進給，也可手動進給。最大鉆孔直徑可達100mm?！?—1

鉆孔4．電鉆電鉆是用手直接握持使用的一種鉆孔工具，使用靈活，攜帶方便。對受場地限制不能移動或加工部位特殊不能使用鉆床加工孔的工件，可選用電鉆鉆孔。電鉆的電源電壓一般有220V和380V兩種。其尺寸規(guī)格按所鉆最大孔徑不同，有6mm、10mm、13mm等幾種。電鉆由電動機、減速裝置、鉆夾頭、手柄和開關等部分組成，常用的有手槍式和磁力式兩種?！?—1

鉆孔（1）手槍式電鉆。手槍式電鉆規(guī)格為6mm，即其最大鉆孔直徑為6mm。這種電鉆工作電壓為220V，采用雙重絕緣結構，安全性能好。§7—1

鉆孔（2）磁力式電鉆。磁力式電鉆又稱磁座電鉆、磁鐵電鉆，它是在通電后首先保證電鉆底部吸附在鋼結構平面上，然后磁力式電鉆電動機高速運轉并帶動鉆頭旋轉，進行鉆孔作業(yè)。磁力電鉆分為兩部分：第一部分是鉆削部分，主要通過高速運轉的鉆頭對鋼結構進行鉆孔；第二部分是吸附鋼結構部分，磁力式電鉆底座部分在通電后，通過變化的電流產生磁場，牢牢地吸附在鋼結構上，保證其在作業(yè)中不移動。磁力式電鉆在鋼結構制造與安裝、船舶制造、橋梁工程和鐵路運輸?shù)阮I域都有較廣泛的應用。§7—1

鉆孔國家標準規(guī)定，手持電動工具，必須安裝漏電保護器。漏電保護器的主要功能是在電動工具發(fā)生漏電時自動斷電，起防觸電的保護作用。漏電保護器有單相和三相之分，其規(guī)格為5～10A。§7—1

鉆孔二、鉆孔工藝1．工件的夾持鉆孔前必須將工件夾緊固定，以防鉆孔時因工件移動、旋轉而折斷鉆頭，或使鉆孔位置偏移。夾持工件的方法主要根據工件的大小和形狀而定。小而薄的工件，可用鉗子夾持；小而厚的工件，可用小型平口虎鉗夾持?！?—1

鉆孔若在較長的型鋼件上鉆孔，可用手直接握持，為安全起見，應在鉆床臺面上工件可能旋轉的方向用螺栓限位工件。鉆大直徑的孔或不適合平口虎鉗夾緊的工件，可直接用壓板、螺栓和墊鐵把工件固定在鉆床工作臺上。螺栓應盡量靠近工件，以增大壓緊力，墊鐵的高度應略大于或等于工件壓緊面的高度。

在圓柱形工件上鉆孔時，應把工件放在V形架上，然后用壓板壓緊，以免轉動。長工件用螺栓擋住壓板夾持工件§7—1

鉆孔2．鉆孔方法鉆孔前，先用樣沖將中心孔沖大一些，這樣可使橫刃預先落入樣沖眼的錐坑中，鉆孔時鉆頭不易偏離中心鉆孔時，鉆頭必須對準鉆孔中心（要在垂直的兩個方向觀察）。先試鉆一淺坑，如鉆出的錐坑與所劃的鉆孔圓周線不同軸，可及時予以找正。找正靠移動工件或移動鉆床主軸（搖臂鉆床）來解決。如果偏離較大，也可用樣沖或扁鏟在金屬坑偏移的反方向鑿幾條槽，以減少此處的切削阻力，而讓鉆頭偏移過來，達到找正的目的?！?—1

鉆孔工件上的通孔將要鉆穿時，必須減小進給量，如果是采用自動進給，這時最好改換為手工進給。因為當鉆頭尖剛鉆穿工件時，軸向阻力突然減小，由于鉆床進給系統(tǒng)的間隙和彈性變形的突然回復，將使鉆頭瞬間以很大的進給量自動切入，致使鉆頭折斷或鉆孔質量降低。用手進給操作時，由于已注意減小了進給量，即已減小了軸向壓力，就可避免上述現(xiàn)象的發(fā)生?！?—1

鉆孔鉆不通孔時，可根據鉆孔深度預先調整擋塊，并通過測量來檢查實際鉆孔深度。鉆深孔時，一般當鉆進深度達到直徑的三倍時。鉆頭需退出排屑。以后每鉆進一定深度，鉆頭必須退出排屑一次，直到深孔鉆完為止。要防止連續(xù)鉆進發(fā)生排屑不暢的情況，以避免鉆頭因切屑阻塞而扭斷。直徑超過30mm的大孔可分兩次站削，先用0.5～0.7倍孔徑的鉆頭鉆孔，再用所需孔徑的鉆頭擴孔。這樣可以減小鉆削時的軸向力，保護機床，同時還可以提高鉆孔質量?！?—1

鉆孔3．鉆孔時的冷卻和潤滑在鉆削過程中，由于切屑的變形、鉆頭與工件摩擦所產生切削熱，將降低鉆頭的切削能力，嚴重時則引起鉆頭切削部分退火，對鉆孔質量也有一定影響。為了延長鉆頭的使用壽命和保證鉆孔質量，除了采用其他方法外，在鉆孔時需要注入充足的切削液。注入切削液有利于切削熱的散發(fā)，防止切削刃產生積屑瘤和加工表面冷硬；同時，由于切削液能流入鉆頭的前面與切屑之間，使鉆頭的后面與切屑表面和孔壁之間形成吸附性的潤滑油膜，起到減少摩擦的作用，從而降低了鉆削阻力和切屑溫度，提高了鉆頭的切削能力和孔壁的表面質量?！?—1

鉆孔工件材料

冷卻潤滑液工件材料冷卻潤滑液各類結構鋼3％～5％乳化液,7％硫化乳化液鑄鐵不用、或用5％～8％乳化液,煤油不銹鋼、耐熱鋼3％肥皂加2％亞麻油水溶液,硫化切削油鋁合金不用、或用5％～8％乳化液,煤油與菜油純銅、黃銅、青銅不用、或用5％～8％乳化液有機玻璃5％～8％乳化液,煤油鉆各種材料用的切削液§7—1

鉆孔4．切削用量切削用量是切削速度、進給量和背吃刀量的總稱。鉆孔的切削速度v，是鉆削時鉆頭直徑圓周上一點的線速度，可由下式計算。υ=式中

υ——切削速度，m/min；

D——鉆頭直徑，mm；

n——鉆頭的轉速，r/min。§7—1

鉆孔例7—1鉆頭直徑D=12mm，求以n=640r/min的轉速鉆孔時的切削速度。解：m/minυ=鉆孔時的進給量f，是鉆頭每轉一周軸向移動的距離，單位以mm/r計算。在實心材料上鉆孔時，背吃刀量等于鉆頭的半徑。§7—1

鉆孔合理地選擇切削用量，可避免鉆頭過早磨損，防止鉆頭損壞或機床過載，提高工件的鉆削精度，減小孔的表面粗糙度。當材料的強度、硬度較高，或鉆頭直徑較大時，宜用較低的切削速度，即轉速要低些，進給量也相應減少，且要選用熱導率好、潤滑性好的切削液。當材料的強度、硬度較低或鉆頭直徑較小時，則可選用較高的轉速，進給量也可以適當增大。當鉆頭直徑小于5mm時，應選用高轉速，但進給量不能太大，一般用手動進給，否則鉆頭容易折斷?！?—2開坡口第七章零件預加工§7—2開坡口為了保證焊接質量和連接強度要求，在對接或角接時，在厚板的焊縫接頭處開坡口。是否需開坡口以及開坡口的形式，與材料的種類、厚度、焊接方法和工藝過程、產品的力學性能等因素有關。§7—2開坡口選擇坡口的形式應考慮以下四個方面。第一，必須保證焊接接頭的質量。焊接容易產生裂紋的低合金中、厚鋼板或合金鋼時，應選擇U形坡口；焊接奧氏體不銹鋼與珠光體鋼對接接頭時，為了減小熔合比，應選擇V形坡口，其坡口角度應比低碳鋼坡口角度大一些。第二，應注意經濟效益。如不考慮板厚因素，在對接接頭中，盡量選擇V形和X形坡口，而不要只考慮質量，一律選擇U形和雙U形坡口。其原因如下：一是加工困難。二是需要刨邊設備；三是增加施工成本?！?—2開坡口第三，要根據結構的形狀、大小和施焊條件來選擇。要根據構件能否翻轉，翻轉難易程度或內外兩側的焊接條件來選擇坡口形式。對于不能翻轉和內徑較小的容器、轉子及軸類的對接接頭，為了避免大量仰焊或不便從內側施焊，宜采用V形或U形坡口形式，不能采用X形和雙U形坡口形式，以使焊接作業(yè)大部分集中于結構的一側。第四，要減少焊接變形和應力。若選擇坡口形式不當，容易產生較大的變形或內應力。如平板對接開V形坡口的焊縫，其角變形大于開X形坡口的焊縫；開U形和雙U形坡口的焊件，焊后的焊接變形和應力最小?！?—2開坡口一、坡口的形式§7—2開坡口不同厚度的鋼板對接時，如果兩板厚度不超過下表的規(guī)定，則坡口形式與尺寸按厚板選取。如果對接板料厚度差超過表中規(guī)定的厚度差范圍，或在雙面超過該表允許厚度差的兩倍，應該在較厚的鋼板上加工出單面或雙面的斜邊?！?—2開坡口二、開坡口的方法1．機械加工機械加工坡口在刨邊機或銑邊機上進行，可以刨削、銑削各種形式的坡口。機械刨邊加工方法與手工鏟邊相比，不但效率高、噪聲低，而且質量好，所以在成批生產中已廣泛采用。2．碳弧氣刨加工碳弧氣刨是目前廣泛應用的一種加工工藝方法，它是利用碳極電弧的高溫把金屬局部加熱到熔化狀態(tài)，同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉，達到刨削或切割金屬的目的?！?—2開坡口3．氣割加工用氧乙炔焰氣割坡口，包括手工氣割和半自動氣割機、自動氣割機切割。操作時，只需將單個或多個割炬嘴在割縫處偏斜成所需要的角度，就可割出多種形式的坡口。氣割坡口的方法簡單易行，效率高，能滿足開V形或X形坡口的質量要求，已被廣泛采用。但是切割后必須清理干凈氧化鐵殘渣?！?—2開坡口三、坡口的檢查檢查的主要項目如下：1．坡口形狀是否符合標準。2．坡口是否光滑、平整，有無毛刺和氧化鐵熔渣等。3．坡口角度、鈍邊尺寸、圓弧半徑等是否在允許偏差之內?！?—3磨削

第七章零件預加工§7—3磨削用砂輪對工件表面進行的加工稱為磨削。冷作工經常要進行各種磨削操作，如消除鋼板表面的焊疤、邊緣的毛刺，修磨坡口、焊縫，焊縫在探傷檢查之前進行打磨處理等。