不銹鋼薄板鉆孔操作技巧

南車株洲電力機(jī)車有限公司（湖南 412001）梁 濤 彭章祝

隨著AMAP地鐵項目開工的臨近，車體的各種設(shè)計方案信息不斷傳來，其中就包括車體鉆孔的問題。車間員工進(jìn)行試鉆后很快反映普通鉆頭和合金鋼鉆頭有鉆不進(jìn)、容易折斷和刃口燒損等問題，在報廢了10余根各種型號的鉆頭后，3 mm奧氏體不銹鋼板上僅鉆出了兩個孔。因此鉆孔成為該項目開工前準(zhǔn)備工作必須攻克的難點(diǎn)。

1.鉆孔的難點(diǎn)

通過查閱各種相關(guān)資料，我們了解到奧氏體不銹鋼的切削加工性比碳鋼差很多，以45鋼的切削加工性作為基數(shù)，奧氏體不銹鋼的切削加工性能僅達(dá)到45鋼的40%。其在加工過程中有如下不利于切削加工的特點(diǎn)：

（1）加工硬化嚴(yán)重：因為不銹鋼的塑性大，塑性變形時晶格歪扭，強(qiáng)化系數(shù)很大，且奧氏體不夠穩(wěn)定，在切削應(yīng)力的作用下，部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工時產(chǎn)生硬化層。前一次進(jìn)給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重影響后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

（2）需要的切削力大：不銹鋼在切削過程中存在塑性變形，尤其是奧氏體不銹鋼，其伸長率超過45鋼的1.5倍，使需要的切削力增加。同時不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，熱強(qiáng)度高，進(jìn)一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。

（3）切削溫度高：切削時塑性變形及不銹鋼與刀具間的摩擦力都很大，產(chǎn)生的切削熱多；加上不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為45鋼的1/2～1/4，大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀-屑接觸的界面上，散熱條件差。

（4）刀具易磨損：切削不銹鋼過程中的親和作用，使刀具和切屑之間產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散，從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損，致使刀具的前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃還會形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物（如TiC）微粒硬度很高，切削時直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會使刀具磨損加劇。

（5）切屑不易折斷、易粘結(jié)：不銹鋼的塑性和韌性都很大，加工時切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進(jìn)行，切屑還會擠傷已加工表面。在高溫和高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強(qiáng)，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象，使已加工表面惡化。

2.工藝驗證和問題分析

為更深一步了解不銹鋼在鉆孔過程中可能遇到的問題，我們進(jìn)行了工藝試驗。考慮到以后生產(chǎn)中工具的通用性，選擇了車間目前常用的工具和刃具進(jìn)行對比驗證。通過搜集資料，得知醬油、醋和硫化類切削液在不銹鋼鉆孔時能起到良好的冷卻效果，本試驗我們選擇了具有良好冷卻和潤滑作用的槍鉆油。

（1）氣動鉆孔工具試驗：試驗選擇了兩種規(guī)格的氣動手鉆，性能差異如表1所示。試驗板料為3 mm厚的301奧氏體不銹鋼板。

首先使用WD-216-2型氣動手鉆鉆孔（見圖1），切削液采用蘸取的方式操作。如圖2所示，在表面鉆出一個深度約1 mm的小凹坑后即無法再鉆入；用風(fēng)動銑刀銑去表層，再次試鉆后發(fā)現(xiàn)仍只能鉆進(jìn)一點(diǎn)即無法鉆入。檢查時發(fā)現(xiàn)鉆頭刃口變鈍且表面呈現(xiàn)黃色。

圖1 WD-216-2型氣動手鉆

使用WD-218氣動手鉆，在第一個孔成功鉆穿后，發(fā)現(xiàn)第二個孔即鉆不進(jìn)，此時鉆削過程中切屑呈粉狀，檢查發(fā)現(xiàn)鉆頭刃口變鈍且表面呈黃中帶藍(lán)。檢查第一個孔，背面帶有毛刺。

通過對比試驗可以看到以下現(xiàn)象：①WD-216-2型氣動手鉆由于鉆速高，在鉆削時鉆頭溫度迅速上升，導(dǎo)致鉆頭很快燒壞并變鈍，同時鋼板在高轉(zhuǎn)速摩擦作用下產(chǎn)生了切削硬化現(xiàn)象。②WD-218氣動風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速慢些，鋼板未產(chǎn)生切削硬化現(xiàn)象，但在連續(xù)鉆削進(jìn)給的操作下使刃口磨損變鈍；刃口變鈍后使摩擦增大，又促使溫度更快上升，導(dǎo)致鉆頭燒壞。

通過上述工藝試驗，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)速慢的鉆孔工具更適合鉆不銹鋼，由于鉆速低，可有效地避免加工硬化，降低溫度上升速度。

（2）電動鉆孔工具試驗：鉆孔工具選擇了磁座鉆和有調(diào)速功能的電動手槍鉆（見表2）。試驗板料為厚度5 mm的301不銹鋼板。

用磁座鉆鉆孔時，首先采用了連續(xù)進(jìn)給方法，邊鉆邊刷槍鉆油，發(fā)現(xiàn)鉆完一個孔后第二個孔就鉆不進(jìn)了，此時鉆頭刃口已經(jīng)變鈍但無燒損；如圖3所示，鉆削時產(chǎn)生的切屑成螺旋狀。這說明磁座鉆功率大，能很好地克服切削阻力，槍鉆油冷卻效果良好。隨后我們采用了斷續(xù)鉆削的方式，即在鉆削進(jìn)給時每隔3～5 s停鉆或退刀一次，保證良好的斷屑和排屑，同時邊鉆邊刷槍鉆油，連續(xù)鉆了3個孔后檢查鉆頭發(fā)現(xiàn)刃口仍然良好。隨后為了驗證操作方法的可行性，安排人不斷地驗證，鉆到第40個孔時鉆頭出現(xiàn)刃口變鈍。

圖2 鉆出的凹坑

圖3 手電鉆鉆削

表1 氣動鉆孔工具和刃具

表2 電動鉆孔工具和刃具

手電鉆為無級調(diào)速，有A擋～F擋可供選擇，其中A擋最慢，F(xiàn)擋最快；參照磁座鉆的經(jīng)驗，選擇了B擋和C擋進(jìn)行鉆削；連續(xù)鉆削時遇到了與磁座鉆同樣的問題，后采用斷續(xù)鉆削的方式取得了同樣的效果。此時槍鉆油冷卻采用蘸取的方式操作。

通過兩次工藝試驗和對比，我們歸納出了以下經(jīng)驗：①電動鉆具比風(fēng)動鉆具控制轉(zhuǎn)速更靈活，切削力更大；低轉(zhuǎn)速避免了加工硬化，減緩了切削溫度上升速度。②鉆孔時保持良好的冷卻是必要的，此次使用的槍鉆油達(dá)到了冷卻和降低粘刀的要求。③斷續(xù)鉆削和退刀的操作使切屑折斷和排屑更快，避免因粘刀使刃口磨損。④與連續(xù)鉆削相比，降低轉(zhuǎn)速和斷續(xù)鉆削的操作因為避免了鉆刃折斷和刃口磨損，使工作效率得到提高。

3.操作方案確定

通過工藝試驗的反復(fù)驗證和歸納分析，總結(jié)出了不銹鋼板手工鉆孔的操作方案：

（1）盡量選用操作方便的電鉆，因為其在低轉(zhuǎn)速下提供的切削力比風(fēng)鉆大得多，無級調(diào)速方便，操作者根據(jù)情況選擇合適的轉(zhuǎn)速，反轉(zhuǎn)功能有利于卡鉆時退刀，避免鉆頭折斷。

（2）不銹鋼板表面光滑，起鉆時應(yīng)首先打上樣沖眼，其直徑要大于鉆頭的切削橫刃，在低轉(zhuǎn)速下采用點(diǎn)動方式鉆進(jìn)，等主切削刃全部進(jìn)入板料表面后，才可進(jìn)行連續(xù)鉆削。這樣可防止小直徑鉆頭在起鉆時出現(xiàn)折斷或鉆偏。

（3）完成起鉆后，在鉆進(jìn)的過程中，應(yīng)采用斷續(xù)鉆削的方法，即鉆削進(jìn)給時每隔3～6 s停鉆1 s或退刀一次。鉆底孔時小直徑鉆頭時間間隔應(yīng)短，大直徑鉆頭擴(kuò)孔時間間隔可長些。

（4）鉆削時進(jìn)給力應(yīng)適當(dāng)，以鉆削過程中產(chǎn)生的切屑成螺旋狀或片狀最佳。

（5）鉆削過程中要不斷用槍鉆油對鉆頭刃口進(jìn)行冷卻，始終保持孔內(nèi)呈濕潤狀態(tài)，避免溫度過高燒壞鉆頭刃口，如果鉆削時孔內(nèi)冒出煙霧則說明溫度已經(jīng)很高了，要及時停下對孔和鉆頭刃口進(jìn)行冷卻。

（6）板料快鉆穿時采用點(diǎn)動方式完成切削，進(jìn)給力要小，這樣做可有效防止卡鉆和孔背面因為鋼材塑性變形產(chǎn)生很難清除的毛刺。為方便觀察，鉆孔工具上最好安裝鉆孔深度測量桿。

（7）鉆頭刃口修磨后其頂角應(yīng)保證在120°～140°之間，修磨橫刃時要保證刃口在鉆頭處沒有負(fù)前角，對于直徑大于8 mm的鉆頭建議開分屑槽，這樣有利于排屑，但加工出的分屑槽位置必須正確。

4.效益對比

為確認(rèn)此次試驗所達(dá)到的改善效益，安排兩組人員在4 mm板301奧氏體不銹鋼板上鉆30個φ11 mm的孔來進(jìn)行對比試驗。操作過程為：先用φ5 mm鉆頭鉆削底孔，再用φ9 mm和φ11 mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔。通過試驗對比取得如下效益（見表3）。

表3 效益對比試驗結(jié)果

5.結(jié)語

工藝試驗從工具、刃具、切削溫度控制、轉(zhuǎn)速選擇和鉆進(jìn)方式五個方面入手，克服了不銹鋼材料的特性給鉆孔帶來的不利影響。電動手槍鉆在操作過程中靈活輕便，能夠解決車體上各空間位置鉆孔問題，磁座鉆能夠解決車體上空調(diào)安裝座等大直徑孔鉆削的問題。試驗全部采用了車間已有的工具和耗材，具有通用性，為項目的準(zhǔn)備工作節(jié)約了采購經(jīng)費(fèi)；其成果在以后的生產(chǎn)中將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

專家點(diǎn)評

本文根據(jù)不銹鋼材料本身的理化特性，分析了造成不銹鋼鉆孔加工難的原因，從鉆孔工具和鉆頭材料選擇兩個方面分析了解決該問題的措施，摸索了一套可行的不銹鋼鉆孔的操作方法，對AMAP項目不銹鋼鉆孔具有較好的指導(dǎo)意義。