淺析不銹鋼的鉆削加工

米 強(qiáng)

（陜西航天機(jī)電環(huán)境工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，陜西 西安710100）

0 引言

隨著加工工藝技術(shù)的不斷提高，不銹鋼材料因其良好的抗腐蝕性及耐用性等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)、生活領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，且生產(chǎn)規(guī)模還在不斷擴(kuò)展。然而，相比于一般碳鋼材料，不銹鋼的加工難度更高，且由于其使用的是鉆削加工工藝，就更進(jìn)一步增加了加工的復(fù)雜性。

1 不銹鋼加工的主要技術(shù)難點(diǎn)

因不銹鋼材質(zhì)以Fe、Cr元素為基本組成，塑性較大，導(dǎo)致加工過(guò)程中工件的變形程度加大，同時(shí)表面接觸摩擦力增大，進(jìn)而使刀具對(duì)工件的切削力也隨之增大，長(zhǎng)此以往將加劇刀具的磨損程度并產(chǎn)生振動(dòng)，影響工件的加工質(zhì)量及精度；其次，不銹鋼材料導(dǎo)熱性較差，因而加工中產(chǎn)熱無(wú)法及時(shí)散去，這就增加了刀具的溫升，使磨損加劇，耐用度降低；另外，不銹鋼材質(zhì)的元素組成形式特殊，因而其黏附性較強(qiáng)，在高溫加工環(huán)境中，工件及切屑對(duì)刀具的依附能力較高，這就會(huì)增加刀具表面的加工難度，同時(shí)對(duì)刀具也有一定的磨損；此外，不銹鋼在加工過(guò)程中，其加工表面易發(fā)生冷硬現(xiàn)象，表面硬度增加，這就使得鉆孔或攻絲工藝較難進(jìn)行?？傊?，由于不銹鋼加工難度較大，因而需對(duì)鉆頭的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并確定合適的切削用量，從而達(dá)到降低鉆頭刀具受損程度的目的，并提高工件的加工質(zhì)量。

2 不銹鋼加工鉆頭的選擇

在對(duì)不銹鋼進(jìn)行鉆削加工時(shí)，所選擇的刀具形狀是決定其加工質(zhì)量的重要因素之一，一般使用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆作為主要鉆削刀具。然而其頂角過(guò)小，且橫刃較長(zhǎng)，因而扭矩及軸向力均較大，這就降低了鉆頭的耐用度。所以，在實(shí)際選擇標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆時(shí)，應(yīng)著重考慮鉆頭的頂角、后角、螺旋角等參數(shù)。

2．1 鉆頭的頂角

麻花鉆的頂角對(duì)鉆頭強(qiáng)度及耐用程度等有極大的影響。頂角值越小，則鉆頭切削刃越長(zhǎng)，軸向力也隨之越小，進(jìn)而增加了鉆頭的軸向穩(wěn)定性。一般標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆鉆頭的頂角值設(shè)計(jì)在118°～120°之間，在實(shí)際加工時(shí)，這種頂角過(guò)小，故而會(huì)加重鉆頭的磨損程度。在對(duì)鉆頭進(jìn)行加工生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾悠漤斀侵?，盡量在125°～130°之間，從而增加切削深度，避免帶狀切屑對(duì)刀具或工件的纏卷，還可降低不銹鋼表面的硬化程度，提高其切削性能。

2．2 鉆頭的后角

鉆頭的后角對(duì)保持鉆頭的鋒利及耐用度也有重要作用，其可通過(guò)刃磨獲得。后角值的確定需以刀具的直徑值d為參考依據(jù)，并遵循在鉆頭外緣處磨小、靠鉆芯處磨大的原則。若d≤15mm，后角可取為12°～15°；若d在15～30mm之間，后角可減小為10°～12°；d＞30mm時(shí)，后角應(yīng)盡量保持在7°～8°。后角的這種刃磨可使其與切削刃前角的變化相對(duì)應(yīng)，使鉆頭各位置的楔角維持平衡，不僅能提高鉆頭的韌性及耐用度，還可降低鉆頭沿軸向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)造成刀刃工作后實(shí)際后角值減小對(duì)不銹鋼加工質(zhì)量的影響。

2．3 鉆頭的螺旋角

在選擇對(duì)不銹鋼進(jìn)行鉆孔的刀具時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮螺旋角值大的鉆頭。若所加工的孔較淺，鉆頭的螺旋角應(yīng)在35°～40°；若所鉆的孔較深，考慮到其潤(rùn)滑冷卻的難度，應(yīng)選擇比上述值小的螺旋角；當(dāng)鉆孔深度是工件本身直徑的3倍以上時(shí)，應(yīng)選擇螺旋角值在32°～36°的鉆頭，從而避免切削過(guò)程中切屑的堆堵。

2．4 鉆頭的刃磨及修磨

鉆頭頂角的刃磨可在通用的磨刀機(jī)上進(jìn)行，但需保證刃邊長(zhǎng)度相等；因后角的取值比頂角小很多，故其刃磨需在專用磨床上展開(kāi)；而修磨棱邊時(shí)，后角需保持在6°～8°，并留約0．3mm的棱邊，從而減小棱邊與不銹鋼孔壁間的摩擦作用，降低產(chǎn)生的切削熱；最后，因切削中的軸向力大部分是源于橫刃的作用，因而對(duì)橫刃進(jìn)行修磨可有效降低軸向力，并提高鉆頭與切削孔的對(duì)心度。對(duì)橫刃修磨可以X形或S形方式進(jìn)行，如圖1所示，采用這2種修磨方式可有效減小橫刃的長(zhǎng)度，并將修磨部分的前角由負(fù)值變?yōu)檎?，從而達(dá)到降低軸向力、固定軸心的作用。

圖1 X形或S形修磨

3 不銹鋼鉆削工藝過(guò)程對(duì)其加工質(zhì)量的影響

3．1 鉆頭鉆削速度

鉆削不銹鋼時(shí)切削速度對(duì)鉆頭耐用度和孔的表面粗糙度有很大影響。圖2給出了使用G型短鉆頭以不同鉆削速度加工典型奧氏體0Cr18Ni9Ti不銹鋼時(shí)其表面硬化情況。從圖中可看出，若鉆頭切削速度增加，則加工表面的硬度也將隨之增加，從而加大了切削難度及鉆頭的磨損度。因此，為提高鉆頭的切削效率及其耐用度，應(yīng)盡量減小鉆削的切削速度，同時(shí)增加進(jìn)給量，從而降低加工表面硬度上升的速度，保障切削的順利進(jìn)行。一般情況下，切削速度控制在8～10m／min最佳，其有利于減小鉆頭的磨損并延長(zhǎng)其使用壽命。

圖2 0Cr18Ni9Ti表面硬化情況隨鉆削速度的變化

3．2 鉆頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度

實(shí)踐表明，不銹鋼加工中鉆頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的大小影響著切屑對(duì)鉆頭的纏卷程度。一般而言，切屑對(duì)鉆頭的纏卷多發(fā)生于進(jìn)給量相對(duì)較低時(shí)，若鉆頭的進(jìn)給量在0．083mm／r以下，則切屑較薄并呈螺旋型纏繞住鉆頭，這就嚴(yán)重影響了鉆頭對(duì)工件的加工精度，可能迫使鉆床停機(jī)以清除鉆頭表面的切屑；鉆頭的進(jìn)給量大于0．11mm／r時(shí)，切屑形狀較理想，對(duì)鉆頭的纏卷較弱；若進(jìn)給量在0．33mm／r以上，切屑的黏附性較大，因而會(huì)附在鉆溝的槽內(nèi)或纏繞在鉆頭上，增加鉆頭的切削負(fù)擔(dān)，使其容易折斷。因此，需根據(jù)鉆孔直徑大小合理控制鉆頭的進(jìn)給量，一般控制在0．12～0．2mm／r最佳。

3．3 切削液的選擇

切削液對(duì)鉆頭起到潤(rùn)滑、冷卻的作用，因而切削液的選擇適合與否將直接影響到鉆頭的切削效率。針對(duì)加工難度較大的不銹鋼材料，可使用S元素含量在1%～1．5%、Cl在3%～5%之間含極壓添加劑的硫化、氯化切削液；在加工深孔時(shí)，可采用滲透性較好的水溶性切削液，考慮到水溶液的使用日期較短，可適當(dāng)?shù)靥岣咭后w的濃度，降低其摻水稀釋倍數(shù)。

4 不銹鋼工件切削時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

在對(duì)不銹鋼進(jìn)行切削前，需判斷鉆頭的幾何形狀是否符合鉆孔的加工要求，兩切削刃在滿足對(duì)稱要求的前提下，一側(cè)需留出部分進(jìn)給量間隙。需保證鉆頭得到正確安裝及固定，并在高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下觀察鉆頭尖部是否有重影。

在對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，應(yīng)留意鉆頭主切削刃上切屑的黏附或纏繞情況，并及時(shí)清除切屑，以防其影響鉆孔的加工質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)注意到冷卻液使用是否連續(xù)或?qū)ε懦行际欠裼凶璧K作用。另外，當(dāng)鉆孔加工完成后，鉆頭開(kāi)始后退，在未完全退出工件的鉆孔前，鉆頭需繼續(xù)保持轉(zhuǎn)動(dòng)，以防遭到損壞，同時(shí)減小其對(duì)鉆孔加工精度的破壞。此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鉆頭的維護(hù)保養(yǎng)，鉆頭的磨損程度在0．6～0．8mm時(shí)，應(yīng)停止對(duì)其的使用。最后，在進(jìn)行切削加工時(shí)，鉆床附近應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)措施，以防切屑亂飛對(duì)鉆床操作人員造成傷害。

5 結(jié)語(yǔ)

因不銹鋼的鉆削工藝相比與其他普通碳鋼材料加工而言難度更高，且其存在導(dǎo)熱性差、加工表面易發(fā)生硬化等問(wèn)題，因而對(duì)鉆頭的磨損較嚴(yán)重，且對(duì)工件的加工質(zhì)量及表面粗糙度也極為不利。所以，在對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行鉆削加工時(shí)，需根據(jù)鉆孔的直徑及精度要求，合理優(yōu)化鉆頭的幾何參數(shù)值，并對(duì)切削過(guò)程中的刀具進(jìn)給速度、切削速度等進(jìn)行合理設(shè)定，減少切屑對(duì)鉆頭的纏繞或黏附作用，從而最大化地降低鉆頭受損程度，延長(zhǎng)其使用時(shí)間，并提高對(duì)不銹鋼工件的鉆孔效率及保障其精度符合設(shè)計(jì)要求。

［1］張文全，韋文術(shù)．不銹鋼小深孔高速鉆削加工參數(shù)優(yōu)化［J］．煤礦機(jī)械，2011（4）