在工廠中長期的使用經(jīng)驗(yàn)與驗(yàn)證為依據(jù)，對標(biāo)準(zhǔn)鉸刀結(jié)構(gòu)上存在的問題提出了改進(jìn)意見，同時還對鉸刀如何合理使用的問題作了分析與介紹。
在機(jī)械加工中，孔加工約占加工總量的1/3。而鉸孔是普遍應(yīng)用的一種精加工和半精加工孔的方法，加工孔徑通常在Φ1~Φ100mm之間，尺寸精度一般可達(dá)H9~H7級（甚至H6級），加工表面粗糙度為Ra1.6~0.2μm。鉸孔用的刀具，目前生產(chǎn)上仍以標(biāo)準(zhǔn)的多齒鉸刀為主。
我們知道，標(biāo)準(zhǔn)鉸刀鉸孔時通常會出現(xiàn)很多問題，例如誤差度、直線度、排屑、讓刀、振動現(xiàn)象、刀具使用壽命低、退刀時產(chǎn)生劃痕等等，由于文章篇幅有限，在此不做詳細(xì)列舉。
改進(jìn)鉸刀的幾何參數(shù)
圖1 鉸削時切削厚度
由于鉸刀主要用于孔的精加工和半精加工，故應(yīng)將切削層的厚度減薄，并且切削厚度愈小，切削刃參加工作部分長度相應(yīng)增大，鉸刀切入時的導(dǎo)向性好，刀具壽命也愈高。由圖1可知，鉸削時的切削厚度：
hD=fzsinκr=（f/z）sinκr
上式中，fz為鉸刀每齒進(jìn)給量，單位mm/z；f為鉸刀每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位mm/r；z為鉸刀齒數(shù)；κr為鉸刀上的主偏角。
由此可見，為了提高鉸孔質(zhì)量和刀具的使用壽命，鉸刀上的主偏角κr應(yīng)取小值為宜 。試驗(yàn)也表明，κr角愈小，孔的表面粗糙度值Ra也愈小。但通常認(rèn)為手用鉸刀應(yīng)采用小的κr角，以使刀具工作時能保持良好的導(dǎo)向并減小軸向進(jìn)給力，而機(jī)用鉸刀的導(dǎo)向和軸向進(jìn)給力均由機(jī)床和夾具來保證，為減少切屑變形，故使用較大的主偏角。目前標(biāo)準(zhǔn)上（見技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版的“銑刀鉸刀生產(chǎn)圖冊”）推薦的高速鋼機(jī)用鉸刀的主偏角為15°，手用鉸刀的主偏角為1°；硬質(zhì)合金鉸刀的主偏角，切鋼時推薦用15°，切削鑄件為3°~5°。但經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)上推薦的主偏角數(shù)值，并不完全合適，作者在生產(chǎn)中將硬質(zhì)合金機(jī)用鉸刀的主偏角切鋼件時也改為5°，無論是加工量與鉸刀壽命均有明顯提高。對于高速鋼機(jī)用鉸刀，減小主偏角也能得到同樣的效果。
圖2 多錐刃鉸刀
多錐刃鉸刀就是根據(jù)上述微量切削原理在普通鉸刀基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的一種鉸刀新結(jié)構(gòu)。它使用了多段錐形切削刃（見圖2），使每段切削刃上的切削厚度大大減薄，故能使鉸孔質(zhì)量高而穩(wěn)定。這種鉸刀的加工精度可達(dá)H7~H6級，表面粗糙度為Ra0.8~0.1m，且刀具使用壽命長。該刀具切削部分分為三段：最前端磨出45°偏角，當(dāng)加工余量小時，它不參加切削，起引導(dǎo)作用；當(dāng)加工余量大時，用它切去一定余量，起擴(kuò)孔作用；偏角κr1=5°的錐形切削刃（長度一般為2.5 mm）切去大部分余量，作粗鉸用；κr2=2°（長度2 mm）的錐形切削刃作精鉸用；而隨后的圓柱校準(zhǔn)部分則用于熨平精鉸過程中殘留的孔的彈性變形，以減少加工后孔的表面粗糙度。
圖3所示為大螺旋角鉸刀，它具有2~4條大螺旋角（螺旋角β可增大到70°~80°）的左旋刀齒，其前端切削部分上磨出很小主偏角（κr1=1°~1°30’），切削刃很長。這種刀具最大特點(diǎn)是，因利用了斜角切削原理，故切削輕快，并且切下的切屑細(xì)薄柔軟，不會劃傷已加工表面。用其加工鑄件和有色金屬上的連續(xù)孔和斷續(xù)孔時，刀具壽命可比標(biāo)準(zhǔn)鉸刀提高0.5~1倍，表面粗糙度為Ra0.8~0.4μm。但這種鉸刀的制造，尤其是刃磨比較困難。
圖3 大螺旋角鉸刀
鉸刀的合理使用
鉸刀的研磨和重磨
標(biāo)準(zhǔn)鉸刀按精度分為三級，分別適用于鉸削H9、H8和H7級精度的孔。工具廠還常供應(yīng)備有留研磨量（一般為0.01 mm）的鉸刀，經(jīng)研磨后可滿足用戶不同鉸孔精度的要求 ；此外，磨損后的鉸刀通過研磨也可改制成加工其它配合精度的孔。鉸刀的研磨可在車床上用鑄鐵研磨圈沿校準(zhǔn)部分刃帶進(jìn)行，如圖4所示。研磨時，鉸刀裝在兩頂尖間由車床主軸帶動作低速轉(zhuǎn)動，研磨圈沿鉸刀軸線均勻移動。研磨圈上銑有斜槽，由三個螺釘支承在外套內(nèi)。當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘時，可使研磨圈產(chǎn)生彈性收縮而與鉸刀圓柱刃帶輕微接觸。研磨時需加入少量的研磨劑。
圖4 鉸刀的研磨
鉸刀用鈍后只重磨切削部分的后刀面，重磨后要求原后角值不變，表面粗糙度不大于Ra0.4~0.2μm。重磨后還需用油石在切削部分和圓柱校準(zhǔn)部分（或倒錐部分）的交接處研磨出0.5~1 mm圓弧過渡刃（倒圓角），要求倒圓角處后刀面上Ra0.2~0.1μm。必須注意，倒圓角時不允許破壞刃口的鋒利性或?qū)⑷锌诘顾?
選擇合理的切削用量
鉸削余量主要根據(jù)工件材料、鉸孔精度和加工表面粗糙度等具體要求確定。余量過小，往往不能把前道工序的加工痕跡去除 ；余量過大，因切削負(fù)荷大，容易破壞鉸刀工作的穩(wěn)定性，引起振動，將孔擴(kuò)大，并使刀具壽命下降。通常粗鉸余量（直徑上的）為0.2~0.6mm ，精鉸余量為0.05~0.2mm 。
鉸削速度和進(jìn)給量也要選擇恰當(dāng)，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下提高加工效率。一般說來，提高鉸削速度和增大進(jìn)給量，會使鉸孔精度下降，表面粗糙度值增大。試驗(yàn)表明，當(dāng)鉸鑄鐵孔時，切削速度由Vc=8 m/min提高到Vc=30 m/min，表面粗糙度值將由Ra0.4μm增大到Ra1.6μm，而鉸鋼件孔時，則由Ra0.8μm增大到Ra3.2μm。并且切削速度提高后，會使鉸刀磨損加劇，容易引起振動。情況嚴(yán)重時，甚至使硬質(zhì)合金刃口崩裂。鉸孔時的進(jìn)給量，鉸削鋼料時常取f=0.05~0.6mm/r ；鉸削鑄鐵時f=0.2~2mm/r 。加工孔的要求高及孔小時應(yīng)取小值。切削速度可取Vc=3~20m/min ，切鋼時為避免產(chǎn)生積屑瘤，故應(yīng)選用較小的數(shù)值。
切削液的選用
鉸鋼件孔通常用10﹪~15﹪濃度的乳化液或硫化油；鉸鑄件孔通常用濕潤性較好、粘性較小的煤油。用硬質(zhì)合金鉸刀鉸孔時，也應(yīng)使用切削液，但此時切削液必須連續(xù)充分地供給，不然容易引起刃口的崩裂。
應(yīng)注意的是，若用充足的乳化液冷卻時，加工出工件的孔徑尺寸會變小，其縮小程度要大于油類切削液加工時的變小量。原因是乳化液是一種水基切削液，水的導(dǎo)熱性好，故刀具的熱膨脹??；乳化液的潤滑性比油類切削液差，所以刀具對工件的擠壓作用也大，加工后工件的回彈量也就增加，因而孔徑尺寸減小。利用上述規(guī)律，實(shí)際生產(chǎn)中就可通過改變切削液的種類和成份來控制實(shí)際加工的尺寸，以滿足鉸孔加工精度和質(zhì)量的要求。
切削液一般都用注入式方法供給，但因切削液大部分流失，切削區(qū)得不到充分的冷卻與潤滑，從而影響加工的效果。采用高壓內(nèi)冷卻方式供給切消液，冷卻效果好，但刀具結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，可是在生產(chǎn)中并不難實(shí)現(xiàn)。目前，隨著刀具制造技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)外各刀具公司已推出了各種帶高壓內(nèi)冷卻供液（油）通道孔鉸刀的產(chǎn)品，為采用內(nèi)冷卻法創(chuàng)造了條件。
鉸刀的正確裝夾
鉸刀在機(jī)床上的裝夾，有剛性聯(lián)接和浮動聯(lián)接二種方法。采用浮動聯(lián)接時，可以不受機(jī)床、刀具、被加工孔間同軸度誤差的影響。但因鉸刀切削量小，所以它無法糾正孔軸線歪斜等位置誤差，因此，對預(yù)制孔的精度應(yīng)有較高要求。
圖5 銷軸式浮動聯(lián)接夾頭
圖5所示是一種銷軸式浮動聯(lián)接夾頭，其夾頭體與套筒、銷軸與套筒之間都保持一定間隙，轉(zhuǎn)矩和軸向力分別由銷軸和墊塊傳遞。當(dāng)需要調(diào)整鉸削中心偏差時，鉸刀可以在任意方向自動作微量的偏移和歪斜。
對于孔徑較大（Ф30~Φ330 mm）且尺寸精度要求較高（H7~H6）的孔，生產(chǎn)上也常用硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動鉸刀來加工。鉸孔時，將刀具裝入刀桿方孔中，無需夾緊，通過作用在兩側(cè)切削刃上的背向切削力自動平衡定心，從而補(bǔ)償由于刀具的安裝誤差或刀桿偏擺而引起的加工誤差。這種鉸刀切削速度一般為Vc=3~8 m/min；鉸削鋼料時進(jìn)給量常取f=0.6~1.2 mm/r，鉸削鑄鐵時f=0.8~1.5 mm/r；鉸削余量在0.05~0.10 mm之間。
鉸刀使用時注意事項(xiàng)
（1）鉸削時，鉸刀不可在孔中倒轉(zhuǎn)，以免切削刃損壞或磨鈍。
（2）機(jī)鉸時要在鉸刀退出孔后再停車，以免孔壁產(chǎn)生拉痕。鉸通孔時鉸刀校準(zhǔn)部分不能全出孔口，以免損傷出口處并使鉸刀難于退出。
（3）鉸孔的尺寸精度，受鉸刀尺寸和表面粗糙度、鉸刀在機(jī)床上的裝夾方式、工件材料性質(zhì)和切削液性能等多種因素影響，所以在批量鉸孔前，應(yīng)先試鉸，以免工件大量報廢。
（4）鉸刀用畢，要刷凈容屑槽中切屑，然后涂油裝入護(hù)套內(nèi)，以防切削刃碰傷。
改進(jìn)鉸刀的結(jié)構(gòu)
硬質(zhì)合金拉鉸刀
圖6所示為硬質(zhì)合金拉鉸刀，它不但適于加工直徑為10~50 mm的通孔，而且能夠加工深孔。這種刀具的刀桿承受拉力，不易彎曲，故鉸出的孔直線度好。由于使用高壓內(nèi)冷卻方式供給切削液，故切削溫度低，刀具使用壽命長，工效高。
圖6 硬質(zhì)合金拉鉸刀
拉鉸刀由刀體、刀片和導(dǎo)向套（或?qū)驂K）組成。這種刀具的特點(diǎn)是將切削與導(dǎo)向兩部分分開，分別由鉸刀上的兩個不同元件來承擔(dān)。拉鉸刀按其各工作部分的作用又可分為連接部、導(dǎo)向部和切削部，連接部位上有方牙螺紋，可與刀桿快速相連，工作時刀桿須從工件內(nèi)孔待加工表面中通過，以便與機(jī)床夾頭相連，傳遞動力。導(dǎo)向套材料常用白樺木或青鋼木，也可采用尼龍和夾布塑料。鉸刀切削部分幾何參數(shù)與普通硬質(zhì)合金鉸刀相同。切削用量可?。呵邢魉俣萔c=40~120 m/min，進(jìn)給量f=0.08~0.4 mm/r，鉸削余量為0.2~0.8 mm。
加工精度可達(dá)H8~H7級，表面粗糙度為Ra1.6~0.4μm 。刀片材料切鑄件時用YG6X、YG8，切鋼時用YT14、YW或YT798。
硬質(zhì)合金彈性導(dǎo)向鉸刀
圖7所示是一種裝有徑向彈性導(dǎo)向條的專用鉸刀，它可提高孔的加工質(zhì)量與鉸刀壽命，并能承受切入時的沖擊，減小孔的擴(kuò)張量與加工表面粗糙度。這種鉸刀在圓周上配置有導(dǎo)向條1，通過彈性墊片2裝在刀體3的槽內(nèi)，導(dǎo)向條的兩端用法蘭盤4固緊（見圖7中A-A剖面）。
圖7 硬質(zhì)合金彈性導(dǎo)向鉸刀
彈性墊片的寬度b須比刀體槽的寬度小0.4~0.6 mm 。導(dǎo)向條與切削刀齒在圓周上相間排列。直徑25~65 mm的鉸刀（圖7a）可將導(dǎo)向條安裝在與切削刀齒的同一個刃瓣上；直徑更大的鉸刀（圖7b）則可將導(dǎo)向條設(shè)置在獨(dú)立的刃瓣上。為了提高導(dǎo)向條的耐磨性及強(qiáng)度，導(dǎo)向條可用YG8或 YT5硬質(zhì)合金制造。彈性墊片可用聚氨酯泡沫塑料制作。
這種鉸刀的切削刀齒主要起切削作用，而硬質(zhì)合金的彈性導(dǎo)向條則起導(dǎo)向、支承、擠壓、緩沖和減振作用，故能切出較高精度的孔（孔的尺寸偏差和幾何形狀偏差可比標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金鉸刀減少1/2~1/3），而彈性墊片又可防止刀齒和導(dǎo)向條的崩刃和損壞。
大直徑可換刀片式鉸刀
SECO刀具公司新推出了一款X-Fix可重復(fù)定位、高精度、模塊化的大直徑可換刀片式鉸刀。X-Fix鉸刀上的刀片擁有8個切削刃，刀具可以和任何錐度的刀柄連接。與同類型刀具相比，X -Fix鉸刀的齒數(shù)更多，包括了3、5、7、9四種齒數(shù)，可為不同工況提供最優(yōu)化的生產(chǎn)率。不同的直徑范圍對應(yīng)不同的齒數(shù)，直徑覆蓋范圍從40~155 mm，能獲得IT6級的公差等級（IT8及以下的公差等級無需調(diào)整）。專利的浮動導(dǎo)條減少了刀具的振動，使加工更加穩(wěn)定，且不受長徑比的限制。據(jù)稱，該公司獨(dú)創(chuàng)的專利刀夾設(shè)計提高了加工的可靠性和穩(wěn)定性，即使發(fā)生撞刀，也只需更換刀夾，最大程度地保護(hù)了刀體，大大降低了加工成本。
可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀
圖8所示為可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀。刀片3通過雙頭螺柱1和壓板4固定在刀體5上，用兩只騾釘6和頂銷7調(diào)節(jié)鉸刀的尺寸，8為刀片軸向限位銷釘，導(dǎo)向塊2焊接在刀體槽內(nèi)。該刀具的最大特點(diǎn)是利用單刃（單齒）切削，兩個導(dǎo)向塊支承和導(dǎo)向，刀片磨損后可轉(zhuǎn)位一次使用，刀體可重復(fù)使用。刀具切削部分分為兩段：前端刃長1~2 mm，主偏角為15°~45°的切削刃切除大部分余量；倒角刀尖（刀尖倒角偏角為3°）及圓柱校準(zhǔn)部分用作精鉸；兩個導(dǎo)向塊起導(dǎo)向、支承和擠壓作用。導(dǎo)向塊相對刀齒的位置角為45°和180°（或84°和180°）。導(dǎo)向塊尖端相對于切削刃上尖端沿軸向應(yīng)滯后0.5~1.5 mm，以使導(dǎo)向塊能以已加工孔表面進(jìn)行導(dǎo)向。導(dǎo)向塊直徑應(yīng)與刀齒直徑有一差值，以保證有一定擠壓余量。這種鉸刀能獲得很高的尺寸精度和孔形圓直度，尺寸精度可達(dá)H8~H7級，鉸出的孔圓度為0.003~0.008 mm，圓柱度為0.005 mm/100 mm ，表面粗糙度可穩(wěn)定在Ra1.6μm以下，個別的可達(dá)Ra0.4~0.2μm 。
圖8可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀
1—雙頭螺柱 2—導(dǎo)向塊 3—刀片 4—壓板5—刀體 6—調(diào)節(jié)螺釘 7—頂銷 8—限位銷釘
切削時如采用0.3~2.5MPa的壓力供給切削液，還能進(jìn)行高速鉸孔，切削速度可達(dá)80~150 m/min。
電鍍金剛石或CBN鉸刀
電鍍金剛石或電鍍CBN鉸刀，它是以金屬鎳、銅和鈷等作結(jié)合劑，利用電鍍工藝把金剛石或CBN細(xì)小磨粒包鑲在一定尺寸和幾何形狀的鉸刀基體表面上，再經(jīng)修磨而制成。這種鉸刀由前導(dǎo)部、工作部、后導(dǎo)部和柄部組成。由于電鍍層薄，磨料顆粒細(xì)，所以加工余量不能太大，一般不大于0.03 ~0.05 mm。通常分2~4次鉸削，粗鉸余量為0.01~0.03 mm，半精鉸余量為0.007~0.015 mm；精鉸余量為0.0025~0.005 mm 。因CBN的熱穩(wěn)定性好，與鐵族元素化學(xué)惰性大，故適用于加工普通鋼、淬硬鋼、耐熱鋼和鈦合金等材料；而金剛石鉸刀主要用于加工鑄鐵、鋁和銅合金等材料。用這種鉸刀加工出的孔，具有尺寸分散度小、幾何形狀精度高（可達(dá)2~1 m）、表面粗糙度值?。≧a﹤0.4~0.1 m）、和刀具壽命長（平均每把鉸刀可加工1~2萬個工件）等特點(diǎn)，目前已廣泛用于液壓元件的主閥孔、機(jī)械和精密儀表中各種精密孔的最終加工上。磨粒的粒度，應(yīng)根據(jù)孔的加工余量和表面粗糙度等要求來選擇。一般粗鉸用80/100~170/200的粒度號，半精鉸用170/200~230/270號粒度， 精鉸用270/325~325/400或MP20~30以粗的微粉。但是細(xì)顆粒的鉸刀鍍層薄，牢固度差，鉸刀工作時常出現(xiàn)“咬死”（鉸刀卡住在工件孔中） 現(xiàn)象。因此，目前國內(nèi)外趨向于用粗顆粒的鉸刀來加工高精度和表面粗糙度參數(shù)值小的工件。實(shí)踐證明，只要對粗顆粒磨料（磨粒尺寸為70~30μm）鉸刀進(jìn)行適當(dāng)修磨（可在外圓磨床上用金剛石砂輪來修磨，用煤油作切削液），使其對工件產(chǎn)生一定的擠壓摩擦和拋光作用，同樣也能獲得表面粗糙度參數(shù)值小的加工表面。鉸刀的結(jié)構(gòu)有固定式和可調(diào)整式兩種（國內(nèi)已有專業(yè)廠生產(chǎn)）。粗鉸和半精鉸時采用可調(diào)整式鉸刀，利用其尺寸的可調(diào)性可適應(yīng)上道工序加工時孔徑尺寸的變化和保證最后精鉸時的加工余量。精鉸時使用固定式鉸刀，以利用其便于修磨、加工出孔尺寸穩(wěn)定的特點(diǎn)，保證在一定批量的生產(chǎn)條件下產(chǎn)品具有良好的互換性。
用整體燒結(jié)法制作的PCD或CBN鉸刀
德國August Beck公司開發(fā)了用整體燒結(jié)法制作的PCD（聚晶金剛石）或CBN鉸刀。該方法是把PCD或CBN材料直接燒結(jié)在硬質(zhì)合金鉸刀的毛坯上，兩者做成一個整體。因?yàn)闆]有復(fù)合片的硬質(zhì)合金襯底，所以減輕了對刀體強(qiáng)度的削弱程度；此外還省去了刀片的焊接過程，從而避免了焊接面對切削性能的影響。PCD主要用于加工非鐵金屬、纖維增強(qiáng)型合成材料和石墨材料，而CBN則適合于加工鑄件和淬硬鋼等材料。這種新結(jié)構(gòu)的鉸刀用于加工發(fā)動機(jī)汽缸蓋、變速箱、泵殼、剎車器和減振器等耐磨零部件時，可采用的切削速度是其它刀具材料（如硬質(zhì)合金）所無法比擬的。