不銹鋼材料加工工藝疑難解析

     在采取鉆、鉸、鏜工藝加工一些奧氏體組織及馬氏體組織不銹鋼材料如1Cr18Ni9Ti、2Cr13孔時(shí)，加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)刀具磨損加快、加工表面完好性差、切屑排除困難等共性問(wèn)題，嚴(yán)重影響了此類材料零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)周期及加工成本。按照金屬工藝學(xué)、金屬切削原理等理論對(duì)上述材質(zhì)加工難點(diǎn)進(jìn)行分析，摸索出一套行之有效的不銹鋼材料鉆、鉸、鏜加工工藝。

    不銹鋼材料加工難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

    1. 切削力大，切削溫度高

    該類型材料強(qiáng)度大，切削時(shí)切向應(yīng)力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導(dǎo)熱性極差，造成切削溫度升高，且高溫往往集中在刀具刃口附近的狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，從而加快了刀具的磨損。

    2. 加工硬化嚴(yán)重

    奧氏體不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼均為奧氏體組織，切削時(shí)加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數(shù)倍，刀具在加工硬化區(qū)域內(nèi)切削，使刀具壽命縮短。

    3. 容易粘刀

    無(wú)論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時(shí)切屑強(qiáng)韌、切削溫度很高的特點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)韌的切屑流經(jīng)前刀面時(shí)，將產(chǎn)生粘結(jié)、熔焊等粘刀現(xiàn)象，影響加工零件表面粗糙度。

    4. 刀具磨損加快

    上述材料一般含高熔點(diǎn)元素、塑性大，切削溫度高，使刀具磨損加快，磨刀、換刀頻繁，從而影響了生產(chǎn)效率，提高了刀具使用成本。

    不銹鋼零件加工工藝

    通過(guò)上述加工難點(diǎn)分析，不銹鋼的加工工藝及相關(guān)刀具參數(shù)設(shè)計(jì)與普通結(jié)構(gòu)鋼材料應(yīng)具有較大的不同，其具體加工工藝如下：

    1.鉆孔加工

    在鉆孔加工時(shí)，由于不銹鋼材料導(dǎo)熱性能差，彈性模量小，孔加工起來(lái)也比較困難。解決此類材料的孔加工難題，主要是選用合適的刀具材料，確定合理的刀具的幾何參數(shù)以及刀具的切削用量。鉆削上述材料時(shí)，鉆頭一般應(yīng)選用W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4Co8等材質(zhì)的鉆頭，這些材質(zhì)鉆頭缺點(diǎn)是價(jià)格比較昂貴，而且難以采購(gòu)。而采用常用的W18Cr4V普通標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)，由于存在頂角較小、切屑太寬而不能及時(shí)排出孔外、切削液不能及時(shí)冷卻鉆頭等缺點(diǎn)，再加上不銹鋼材料導(dǎo)熱性差，造成集中在刀刃上的切削溫度升高，容易導(dǎo)致兩個(gè)后刀面和主刃**及崩刃，使鉆頭的使用壽命降低。

    （1）刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì)     在采用W18Cr4V普通高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)，切削力及切削溫度均集中在鉆尖上，為提高鉆頭切削部位的耐用度，可以適當(dāng)增大頂角角度，頂角一般選135°～140°，頂角增大也將使外緣前角減小，鉆屑變窄，以利于排屑。但是加大頂角后，鉆頭的橫刃變寬，造成切削阻力增大，因而必須對(duì)鉆頭橫刃進(jìn)行修磨，修磨后橫刃的斜角為47°～55°，橫刃前角為3°～5°，修磨橫刃時(shí)，應(yīng)將切削刃與圓柱面轉(zhuǎn)角處修磨成圓角，以增加橫刃強(qiáng)度。由于不銹鋼材料彈性模量較小，切屑層下的金屬?gòu)椥曰謴?fù)大，加之加工過(guò)程中加工硬化嚴(yán)重，后角太小會(huì)加快鉆頭后刀面的磨損，而且增加了切削溫度，降低鉆頭的壽命。因此須適當(dāng)加大后角，但后角太大，將使鉆頭的主刃變得單薄，減小了主刃的剛性，所以后角應(yīng)以12°～15°為宜。為使鉆屑變窄，利于排屑，還需要在鉆頭兩個(gè)后刀面上開(kāi)交錯(cuò)分布的分屑槽。

    （2）切削用量選擇      鉆削時(shí)，切削用量的選擇應(yīng)從降低切削溫度的基本點(diǎn)出發(fā)，因?yàn)楦咚偾邢鲗?huì)使切削溫度升高，而高的切削溫度將加劇刀具磨損，因而切削用量中*重要的是選擇切削速度。一般情況下，切削速度以12～15m/min較為合適。進(jìn)給量對(duì)刀具壽命影響較小，但進(jìn)給量選擇太小將會(huì)使刀具在硬化層內(nèi)切削，加劇磨損；而進(jìn)給量如果太大，又會(huì)使表面粗糙度變差。綜合上述兩個(gè)因素，進(jìn)給量選擇為0.32～0.50mm/r為宜。

    （3）切削液選擇     鉆削時(shí)，為降低切削溫度，可采用乳化液作為冷卻介質(zhì)。

    2.鉸孔加工   不銹鋼材料加工工藝疑難解析

    （1）刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì)   不銹鋼材料的鉸削加工大部分使用硬質(zhì)合金鉸刀。鉸刀的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)與普通鉸刀有所不同。為增強(qiáng)刀齒強(qiáng)度并防止鉸削時(shí)產(chǎn)生切屑堵塞現(xiàn)象，鉸刀齒數(shù)一般比較少。鉸刀前角一般為8°～12°，但在某些特定情況，為了實(shí)現(xiàn)高速鉸削，也可采用0°～5°前角；后角一般為8°～12°；主偏角的選擇視孔的不同而異，一般情況下通孔為15°～30°，不通孔為45°；鉸孔時(shí)為了使切屑向前排出，也可適當(dāng)增加刃傾角角度，刃傾角角度一般為10°～20°；刃帶寬度為0.1～0.15mm；鉸刀上倒錐應(yīng)較普通鉸刀大，硬質(zhì)合金鉸刀一般為0.25～0.5mm/100mm，高速鋼鉸刀為0.1～0.25mm/100mm；鉸刀校正部分長(zhǎng)度一般為普通鉸刀的65%～80%，其中圓柱部分長(zhǎng)度為普通鉸刀的40%～50%。

    （2）切削用量選擇    鉸孔時(shí)進(jìn)給量為0.08～0.4mm/r，切削速度為10～20m/min，粗鉸余量一般為0.2～0.3mm，精鉸余量為0.1～0.2mm。粗鉸時(shí)應(yīng)采用硬質(zhì)合金刀具，精鉸時(shí)可采用高速鋼刀具。

    （3）切削液選擇     不銹鋼材料鉸孔時(shí)，可采用全損耗系統(tǒng)用油或二硫化鉬作為冷卻介質(zhì)。