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加工孔喇叭口形成的原因及解決方案
閱讀：4063 發(fā)布時間：2010-10-10喇叭口形成的原因
加工孔出現(xiàn)喇叭口可從多方面來考慮其原因，如工藝、刀具、設(shè)備、毛坯和冷卻液等。
（1）工藝
工藝上的原因造成加工孔出現(xiàn)喇叭口，如前道工序沒有消除孔的喇叭口，影響到zui終加工；導(dǎo)向孔/鉆套與刀具的徑向間隙偏大導(dǎo)致產(chǎn)生喇叭口；切削參數(shù)不合理，產(chǎn)生的切削熱變化大，導(dǎo)致加工孔壁的受熱程度不一樣造成喇叭口出現(xiàn)等，所以工藝上如果沒有考慮到上個工步對下一工步的影響程度，那往往會存在潛在失效的風險。
（2）刀具
刀桿剛性差；刀具直徑本身存在順錐；刀具的夾持精度下降；刀具的刃口跳動大；刀具安裝中心線不重合或振動；刀具的刀桿彎曲；刀具的切削角度不合理等,這些缺陷都可能是加工孔出現(xiàn)喇叭口的原因。
當?shù)毒邌我淮嬖谏厦娴囊恍┦г驎r會引起加工孔出現(xiàn)喇叭口，這只是一種比較簡單的說法。“刀桿剛性差”會導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)喇叭口，其實這也需在某些條件的組合下才能形成。當鏜桿剛性較差時，高速旋轉(zhuǎn)中其鏜桿的頭部離心力較大，這時刀桿頭部就會出現(xiàn)擺動量。鏜桿上面有一個刀片時，因刀片在鏜桿圓周的布局位置不同，刀片在有些位置時加工可能出現(xiàn)喇叭口，而在有些位置時加工就不一定會出現(xiàn)喇叭口。
我們以“刀桿剛性差”來分析，當一些重要孔加工時，在有位置度、圓度和直線度等較高要求時，一種方式是采用輔助支持的加工方式，即加工整個孔時使用鉆套/引導(dǎo)孔來輔助加工；另一種加工方式是沒有鉆套，也沒有引導(dǎo)孔，刀具直接加工孔。采用上面兩種方式來加工孔，假如鏜把擺動量存在，那喇叭口可能會以不同形式出現(xiàn)。在鉆套/引導(dǎo)孔下加工孔，假如出現(xiàn)喇叭口一般是倒喇叭口；如果刀具直接加工孔，出現(xiàn)的喇叭口一般是順喇叭口。
孔的倒喇叭口形成：當加工孔是在鉆套/引導(dǎo)孔的輔助支持下來進行時，刀桿因剛性差在高速旋轉(zhuǎn)中存在一定的擺動量，在進入鉆套/引導(dǎo)孔以后其擺動量受到鉆套孔壁/引導(dǎo)孔孔壁的限制（即刀桿擺動量縮小），刀具導(dǎo)條對孔壁的間隙因擺動量的存在而出現(xiàn)單邊消除，這時刀桿頭部偏向一邊，刀具在刀柄上的安裝根部與已加工孔壁出現(xiàn)一個與主軸軸線的傾斜角度，刀具隨著這一傾斜的回轉(zhuǎn)幅度深入加工孔壁，直至加工孔的孔徑達到刀桿的zui大擺動量；假如這時加工孔還需要繼續(xù)加工下去，那加工孔徑一直在刀桿的zui大擺動量下進行，即出現(xiàn)一部分是倒喇叭口、一部分是圓柱孔的情況。
一刃口鏜桿在這種情況下形成喇叭口，多齒鏜桿剛性差時同樣會有這種情況出現(xiàn)。刀桿的剛性差會出現(xiàn)喇叭口，刀桿的剛性好同樣會出現(xiàn)喇叭口。如前面工藝原因造成孔壁受熱不均衡而出現(xiàn)的收縮差異形成喇叭口。
（3）設(shè)備
設(shè)備的一些失效也是加工孔出現(xiàn)喇叭口的原因之一，如主軸的振動加劇；數(shù)控車床上刀具的進給方向與工件的回轉(zhuǎn)軸線不平行，刀尖與回轉(zhuǎn)零件的中心不等高；另外輔助件的失效，如鉆套的嚴重磨損導(dǎo)致加工刀具的定心作用下降而出現(xiàn)擺動量上升等。
（4）毛坯
加工孔的孔壁上下差異大（圓臺狀），刀具一旦鈍化，加工結(jié)束孔壁的回彈量出現(xiàn)差異而形成喇叭口；孔壁的材料上下疏松程度不一樣，導(dǎo)致加工過程中孔壁的回彈量越來越大，而形成喇叭口。
（5）冷卻液
加工過程中孔壁受到的熱量及刀具產(chǎn)生的熱量出現(xiàn)不均衡時，其孔壁受熱的擴張量也不一樣，如加工通孔時的冷卻液對刀具及孔壁的冷卻效果沒有加工盲孔時好，這樣一旦加工過程中刀具產(chǎn)生的熱量變化較大時，加工孔尾與加工孔口的孔壁受熱也會不一樣，易導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)喇叭口。
喇叭口現(xiàn)象的消除方法
（1）工藝
工藝上的原因造成加工孔出現(xiàn)喇叭口，如前道工序沒有消除孔的喇叭口，影響到zui終加工；導(dǎo)向孔/鉆套與刀具的徑向間隙偏大導(dǎo)致產(chǎn)生喇叭口；切削參數(shù)不合理，產(chǎn)生的切削熱變化大，導(dǎo)致加工孔壁的受熱程度不一樣造成喇叭口出現(xiàn)等，所以工藝上如果沒有考慮到上個工步對下一工步的影響程度，那往往會存在潛在失效的風險。
（2）刀具
刀桿剛性差；刀具直徑本身存在順錐；刀具的夾持精度下降；刀具的刃口跳動大；刀具安裝中心線不重合或振動；刀具的刀桿彎曲；刀具的切削角度不合理等,這些缺陷都可能是加工孔出現(xiàn)喇叭口的原因。
當?shù)毒邌我淮嬖谏厦娴囊恍┦г驎r會引起加工孔出現(xiàn)喇叭口，這只是一種比較簡單的說法。“刀桿剛性差”會導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)喇叭口，其實這也需在某些條件的組合下才能形成。當鏜桿剛性較差時，高速旋轉(zhuǎn)中其鏜桿的頭部離心力較大，這時刀桿頭部就會出現(xiàn)擺動量。鏜桿上面有一個刀片時，因刀片在鏜桿圓周的布局位置不同，刀片在有些位置時加工可能出現(xiàn)喇叭口，而在有些位置時加工就不一定會出現(xiàn)喇叭口。
我們以“刀桿剛性差”來分析，當一些重要孔加工時，在有位置度、圓度和直線度等較高要求時，一種方式是采用輔助支持的加工方式，即加工整個孔時使用鉆套/引導(dǎo)孔來輔助加工；另一種加工方式是沒有鉆套，也沒有引導(dǎo)孔，刀具直接加工孔。采用上面兩種方式來加工孔，假如鏜把擺動量存在，那喇叭口可能會以不同形式出現(xiàn)。在鉆套/引導(dǎo)孔下加工孔，假如出現(xiàn)喇叭口一般是倒喇叭口；如果刀具直接加工孔，出現(xiàn)的喇叭口一般是順喇叭口。
孔的倒喇叭口形成：當加工孔是在鉆套/引導(dǎo)孔的輔助支持下來進行時，刀桿因剛性差在高速旋轉(zhuǎn)中存在一定的擺動量，在進入鉆套/引導(dǎo)孔以后其擺動量受到鉆套孔壁/引導(dǎo)孔孔壁的限制（即刀桿擺動量縮小），刀具導(dǎo)條對孔壁的間隙因擺動量的存在而出現(xiàn)單邊消除，這時刀桿頭部偏向一邊，刀具在刀柄上的安裝根部與已加工孔壁出現(xiàn)一個與主軸軸線的傾斜角度，刀具隨著這一傾斜的回轉(zhuǎn)幅度深入加工孔壁，直至加工孔的孔徑達到刀桿的zui大擺動量；假如這時加工孔還需要繼續(xù)加工下去，那加工孔徑一直在刀桿的zui大擺動量下進行，即出現(xiàn)一部分是倒喇叭口、一部分是圓柱孔的情況。
一刃口鏜桿在這種情況下形成喇叭口，多齒鏜桿剛性差時同樣會有這種情況出現(xiàn)。刀桿的剛性差會出現(xiàn)喇叭口，刀桿的剛性好同樣會出現(xiàn)喇叭口。如前面工藝原因造成孔壁受熱不均衡而出現(xiàn)的收縮差異形成喇叭口。
（3）設(shè)備
設(shè)備的一些失效也是加工孔出現(xiàn)喇叭口的原因之一，如主軸的振動加劇；數(shù)控車床上刀具的進給方向與工件的回轉(zhuǎn)軸線不平行，刀尖與回轉(zhuǎn)零件的中心不等高；另外輔助件的失效，如鉆套的嚴重磨損導(dǎo)致加工刀具的定心作用下降而出現(xiàn)擺動量上升等。
（4）毛坯
加工孔的孔壁上下差異大（圓臺狀），刀具一旦鈍化，加工結(jié)束孔壁的回彈量出現(xiàn)差異而形成喇叭口；孔壁的材料上下疏松程度不一樣，導(dǎo)致加工過程中孔壁的回彈量越來越大，而形成喇叭口。
（5）冷卻液
加工過程中孔壁受到的熱量及刀具產(chǎn)生的熱量出現(xiàn)不均衡時，其孔壁受熱的擴張量也不一樣，如加工通孔時的冷卻液對刀具及孔壁的冷卻效果沒有加工盲孔時好，這樣一旦加工過程中刀具產(chǎn)生的熱量變化較大時，加工孔尾與加工孔口的孔壁受熱也會不一樣，易導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)喇叭口。
喇叭口現(xiàn)象的消除方法
對于加工孔的喇叭口，我們需根據(jù)了解到的失效模式及分析的后果、產(chǎn)生的原因來對癥下藥，消除喇叭口的出現(xiàn)，具體可從下面幾個方面來嘗試解決。
（1）工藝
加工孔在工藝上的前后工序/工步安排、切削參數(shù)等不合理時都有引起加工孔出現(xiàn)喇叭口的可能,如切削參數(shù)就沒有一成不變的使用規(guī)定。實際生產(chǎn)中，原先正常使用的切削參數(shù)zui近不能夠有效滿足加工要求就是一例，其變化點是毛坯供應(yīng)商的鑄造批次或是新的毛坯鑄造供應(yīng)商提供的毛坯件而導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)了喇叭口。例如，某缸體專機線的缸體水泵套孔加工后出現(xiàn)了喇叭口及刀具壽命達不到設(shè)定要求。水泵套孔直徑為29.72+0.05mm，孔況是通孔，喇叭口嚴重時的前后直徑相差0.01～0.02mm，刀具使用壽命從1800件下降到800件。加工該孔的相關(guān)信息：刀具：硬質(zhì)合金鉸刀；轉(zhuǎn)速：225r/min；進給速度：100mm/min；每齒進給：0.056mm/z；刀具齒數(shù)：8。因為是專機線，主軸轉(zhuǎn)速沒法調(diào)整，所以我們嘗試通過修改進給量來解決喇叭口現(xiàn)象。修改后的每齒進給提高到0.10mm/z。通過調(diào)整鉸刀的每齒進給量，zui后消除了喇叭口現(xiàn)象，恢復(fù)了以前的刀具壽命，即由800件左右恢復(fù)到1800件。
上例的原因分析：由于鑄造毛坯的差異，材質(zhì)的硬度比以前有所上升，但符合圖紙要求。這種工況下鉸刀鋒利時加工喇叭口幾乎沒有，但是隨著加工數(shù)量的上升，喇叭口漸漸變得越來越明顯。刀具因進給量比較小，面對較硬材料刃口的加工，實際是磨削加工替代了以前的正常切削加工。因此，刀具的磨損加快，刀具加工過程中產(chǎn)生的熱量快速上升。兩方面的原因造成加工孔出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象：加工孔口與加工孔尾這一過程中的磨損出現(xiàn)變化，導(dǎo)致加工時對孔壁的擠壓力出現(xiàn)變化；加工過程中的孔壁產(chǎn)生熱量變化，加工結(jié)束孔壁就出現(xiàn)不同的收縮，因加工孔口與加工孔尾所產(chǎn)生的受熱程度不一樣，故孔壁的收縮量也不一樣。而當每齒的進給量提高以后，刀具加工孔的實際切削長度縮短，產(chǎn)生的熱量也趨于平衡，這樣加工孔壁受到的擠壓和孔壁受熱影響的變化程度下降，zui后使加工孔的喇叭口現(xiàn)象消除和刀具壽命大大提高。
（2）刀具
刀具是造成喇叭口出現(xiàn)的主要原因之一，因此通過刀具來消除加工孔的喇叭口現(xiàn)象，可以根據(jù)刀具的失效原因來對癥下藥，具體可從多方面來實施。
①鏜桿的剛性滿足：鏜把在設(shè)計時就注意其強度，選擇合適的鏜桿材料滿足加工中的擺動在zui小化；
②正確的切削角度：如當毛坯的孔壁厚度不均衡狀所帶來的孔壁回彈量存在差異時，選擇75～90的主偏角，降低刀具對孔壁的徑向擠壓力，可避免喇叭口的缺陷；
③使用合理的壽命：刀具刃口設(shè)定合理的使用壽命值，保證其切削加工中的鋒利性，消除因刀具鈍化而產(chǎn)生的孔壁擠壓與受熱不均衡缺陷；
④注意操作的細節(jié)：操作工在調(diào)整刀具時，注意各方面的細節(jié)，如刀具夾持精度的保障、修磨的刃口跳動以及順錐情況的控制等。
（3）設(shè)備
做好設(shè)備的日常維護保養(yǎng)，如定期進行主軸的振動測試；定期檢查設(shè)備的輔助裝置；前后工序的位置度保障等。
（4）毛坯
毛坯的加工孔周邊上下余量差異大，對于這種缺陷可以讓毛坯供應(yīng)商在符合毛坯圖紙的前提下，盡量在孔壁薄處增加厚度，這樣可以減少加工孔壁的變形。在毛坯改變不了的前提下，可以通過改變刀具的主偏角、合理設(shè)定刀具使用壽命或選擇更鋒利的刀具來滿足加工要求。
（5）冷卻液
孔加工過程中出現(xiàn)較高的切削熱時，這時冷卻液的壓力盡可能選擇zui大，使加工中的散熱充分，保證刀具刃口、加工孔壁的快速冷卻。但當加工設(shè)備的冷卻液壓力提不上去時，這時我們可以選擇減少刀齒數(shù)的方法來優(yōu)化每齒的冷卻程度，如鉸刀的8刃降為6刃，通過降低齒數(shù)，選擇保持每齒進給量（當工序加工節(jié)拍不影響前提下）或提高進給量來消除因孔壁受熱過高而引起的喇叭口現(xiàn)象。
（1）工藝
加工孔在工藝上的前后工序/工步安排、切削參數(shù)等不合理時都有引起加工孔出現(xiàn)喇叭口的可能,如切削參數(shù)就沒有一成不變的使用規(guī)定。實際生產(chǎn)中，原先正常使用的切削參數(shù)zui近不能夠有效滿足加工要求就是一例，其變化點是毛坯供應(yīng)商的鑄造批次或是新的毛坯鑄造供應(yīng)商提供的毛坯件而導(dǎo)致加工孔出現(xiàn)了喇叭口。例如，某缸體專機線的缸體水泵套孔加工后出現(xiàn)了喇叭口及刀具壽命達不到設(shè)定要求。水泵套孔直徑為29.72+0.05mm，孔況是通孔，喇叭口嚴重時的前后直徑相差0.01～0.02mm，刀具使用壽命從1800件下降到800件。加工該孔的相關(guān)信息：刀具：硬質(zhì)合金鉸刀；轉(zhuǎn)速：225r/min；進給速度：100mm/min；每齒進給：0.056mm/z；刀具齒數(shù)：8。因為是專機線，主軸轉(zhuǎn)速沒法調(diào)整，所以我們嘗試通過修改進給量來解決喇叭口現(xiàn)象。修改后的每齒進給提高到0.10mm/z。通過調(diào)整鉸刀的每齒進給量，zui后消除了喇叭口現(xiàn)象，恢復(fù)了以前的刀具壽命，即由800件左右恢復(fù)到1800件。
上例的原因分析：由于鑄造毛坯的差異，材質(zhì)的硬度比以前有所上升，但符合圖紙要求。這種工況下鉸刀鋒利時加工喇叭口幾乎沒有，但是隨著加工數(shù)量的上升，喇叭口漸漸變得越來越明顯。刀具因進給量比較小，面對較硬材料刃口的加工，實際是磨削加工替代了以前的正常切削加工。因此，刀具的磨損加快，刀具加工過程中產(chǎn)生的熱量快速上升。兩方面的原因造成加工孔出現(xiàn)喇叭口現(xiàn)象：加工孔口與加工孔尾這一過程中的磨損出現(xiàn)變化，導(dǎo)致加工時對孔壁的擠壓力出現(xiàn)變化；加工過程中的孔壁產(chǎn)生熱量變化，加工結(jié)束孔壁就出現(xiàn)不同的收縮，因加工孔口與加工孔尾所產(chǎn)生的受熱程度不一樣，故孔壁的收縮量也不一樣。而當每齒的進給量提高以后，刀具加工孔的實際切削長度縮短，產(chǎn)生的熱量也趨于平衡，這樣加工孔壁受到的擠壓和孔壁受熱影響的變化程度下降，zui后使加工孔的喇叭口現(xiàn)象消除和刀具壽命大大提高。
（2）刀具
刀具是造成喇叭口出現(xiàn)的主要原因之一，因此通過刀具來消除加工孔的喇叭口現(xiàn)象，可以根據(jù)刀具的失效原因來對癥下藥，具體可從多方面來實施。
①鏜桿的剛性滿足：鏜把在設(shè)計時就注意其強度，選擇合適的鏜桿材料滿足加工中的擺動在zui小化；
②正確的切削角度：如當毛坯的孔壁厚度不均衡狀所帶來的孔壁回彈量存在差異時，選擇75～90的主偏角，降低刀具對孔壁的徑向擠壓力，可避免喇叭口的缺陷；
③使用合理的壽命：刀具刃口設(shè)定合理的使用壽命值，保證其切削加工中的鋒利性，消除因刀具鈍化而產(chǎn)生的孔壁擠壓與受熱不均衡缺陷；
④注意操作的細節(jié)：操作工在調(diào)整刀具時，注意各方面的細節(jié)，如刀具夾持精度的保障、修磨的刃口跳動以及順錐情況的控制等。
（3）設(shè)備
做好設(shè)備的日常維護保養(yǎng)，如定期進行主軸的振動測試；定期檢查設(shè)備的輔助裝置；前后工序的位置度保障等。
（4）毛坯
毛坯的加工孔周邊上下余量差異大，對于這種缺陷可以讓毛坯供應(yīng)商在符合毛坯圖紙的前提下，盡量在孔壁薄處增加厚度，這樣可以減少加工孔壁的變形。在毛坯改變不了的前提下，可以通過改變刀具的主偏角、合理設(shè)定刀具使用壽命或選擇更鋒利的刀具來滿足加工要求。
（5）冷卻液
孔加工過程中出現(xiàn)較高的切削熱時，這時冷卻液的壓力盡可能選擇zui大，使加工中的散熱充分，保證刀具刃口、加工孔壁的快速冷卻。但當加工設(shè)備的冷卻液壓力提不上去時，這時我們可以選擇減少刀齒數(shù)的方法來優(yōu)化每齒的冷卻程度，如鉸刀的8刃降為6刃，通過降低齒數(shù)，選擇保持每齒進給量（當工序加工節(jié)拍不影響前提下）或提高進給量來消除因孔壁受熱過高而引起的喇叭口現(xiàn)象。
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