不锈钢的切削加工(下)

魔神

    

11 怎样对不锈钢进行钻孔？钻孔时应注意哪些问题？

在不锈钢工件上钻孔常采用麻花钻，对淬硬不锈钢，可用硬质合金钻头，有条件时可用超硬高速钢或超细晶粒硬质合金钻头。钻孔时扭矩和轴向力大，切屑易粘结、不易折断且排屑困难，加工硬化加剧，钻头转角处易磨损，钻头刚性差易产生振动。因此要求钻头磨出分屑槽，修磨横刃以减小轴向力，修磨成双顶角以改善散热条件。

钻削不锈钢的典型钻头(即不锈钢群钻)如图4所示。
 

图4 不锈钢群钻	图5 不锈钢断屑钻头
图6 S形硬质合金钻头
图7 四刃带钻头

图3中L≈0.32d₀，L/2>L₁>L/3，R≈0.2d₀，h=0.04d₀，b≈0.04d₀。使用这种钻头钻削1Cr18Ni9Ti时，对Ø20 mm、Ø25 mm、呾 mm三种直径的钻头，采用n=105 r/min，f=0.32 mm/r、0.4 mm/r、0.56 mm/r、0.67 mm/r四种不同的进给量，均可顺利地断屑和排屑。

还可采用不锈钢断屑钻头(图5)、S形硬质合金钻头(图6)、四刃带钻头(图7)及可转位硬质合金浅孔钻。

用不锈钢断屑钻头(图5)加工马氏体不锈钢2Crl3时，只需磨出E-E处断屑槽；而钻削加工lCrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢时，还需加开A-A处断屑槽。不锈钢断屑钻头的具体参数及适用的钻削用量见表9。

S形硬质合金钻头的特点是：无横刃，可减小轴向力50%；钻心处前角为正值，刃口锋利；钻心厚度增大，提高了钻头刚性；有两个喷切削液孔；圆弧形切削刃及排屑槽分布合理，便于切屑成小块，以利排出。

可转位硬质合金浅孔钻的特点是：钻头前端不对称装有两片凸三角形刀片，分屑切除孔的不同部分，能自动定心，孔的直线性好，并且切入切出长度短；刀片前刀面上带有多个坑状断屑槽，切削性能良好，尤其是断屑可靠，切屑呈一致的碎卷屑；内冷却使切削液直接喷向钻削加工表面，改善冷却效果，排屑非常通畅；特别是可根据工件材料采用不同牌号的硬质合金刀片，切削速度达80～120m/min，钻削非常轻快。加工奥氏体不锈钢的钻削用量见表10。

 

表9 不锈钢断屑钻头的断屑槽和钻削用量

钻头直径d0 (mm)	半径RE (mm)	宽度BA (mm)	半径RE (mm)	宽度BE (mm)	主轴转速n (m/min)	进给量f (mm/r)
＞8～15	3.0～5.0	2.5～3.0	2.0～3.5	1.0～2.5	210～335	0.09～0.12
＞15～20	5.0～6.5	3.0～3.5	3.5～4.0	2.5～3.0	210～265
＞20～25	6.5～7.5	3.5～4.5	4.0～4.5	2.8～3.3	170～210	0.12～0.14
＞25～30	7.5～8.5	4.5～5.0	4.5～5.0	3.0～3.5	132～170

钻削不锈钢时，经常发现钻头容易磨损、折断，孔表面粗糙，有时出现深沟而无法消除；孔径过大，孔形不圆或向一边倾斜等现象。在操作时应注意下列事项：

1. 几何形状必须刃磨正确，两切削刃要保持对称。钻头后角过大，会产生“扎刀”现象，引起颤振，使钻出的孔呈多角形。应修磨横刃，以减小钻孔轴向力。
2. 钻头必须装正，保持钻头锋利，用钝后应及时修磨。
3. 合理选择钻头几何参数和钻削用量，按钻孔深度要求，应尽量缩短钻头长度、加大钻心厚度以增加刚性。使用高速钢钻头时，切削速度不可过高，以防烧坏刀刃。进给量不宜过大，以防钻头磨损加剧或使孔钻偏，在切入和切出时进给量应适当调小。
4. 充分冷却润滑，切削液一般以硫化油为宜，流量不得少于5～8 L/min，不可中途停止冷却，在直径较大时，应尽可能采用内冷却方式。
5. 认真注意钻削过程，应及时观察切屑排出状况，若发现切屑杂乱卷绕立即退刀检查，以防止切屑堵塞。还应注意机床运转声音，发现异常应及时退刀，不能让钻头在钻削表面上停留，以防钻削表面硬化加剧。

表10 奥氏体不锈钢的钻削用量

钻头直径d0 (mm)	主轴转速n (m/min)	进给量f (mm/r)
≤5	1000～700	0.08～0.15
＞5～10	750～500
＞10～15	600～400	0.12～0.25
＞15～20	450～200	0.15～0.35
＞20～30	400～150
＞30～40	250～100	0.20～0.40
＞40～50	200～80

12 怎样解决耐酸不锈钢钻孔时的断屑问题？

耐酸不锈钢的塑性和韧性都很大，钻孔时存在的主要问题是不容易断屑，影响切削液的流入，切削区温度高，刀具耐用度低，生产率低。在钻孔时，切削负荷大，形成切屑要消耗很多的能量，再加上这类不锈钢的高温强度和硬度高，钻屑在切离时不易折断；同时冷作硬化现象非常严重，表面硬化程度可达100%以上，硬化层厚度达0.1～0.2mm。耐酸不锈钢的导热系数小，只有碳钢的1/3～1/4，切削区温度很高，与其他金属的亲和作用强以及材料中存在的硬质点，加剧了刀具的磨损。

为了解决耐酸不锈钢钻孔时的断屑问题，研制了新型钻耐酸不锈钢断屑群钻，用它钻孔时切屑长100mm左右呈“礼花”状从孔中排出，断屑效果十分理想。

在钻孔过程中要出这种切屑的关键是：一要使分屑点处于临界分屑状态；二要适当磨出钻尖高(h=0.05D～0.07D)和圆弧半径(R=0.2D)；三是L₁=1.7～3.3 mm位置应选择恰当，并配合适当大的进给量和较低的切削速度，使切屑在斜拧状态中折断。

使用耐酸不锈钢断屑群钻钻孔时，应选用较低的切削速度和较大的进给量，有利于实现断屑。

13 怎样对不锈钢进行铰孔？

对不锈钢铰孔时，经常遇到的问题是：孔表面容易划出沟槽，粗糙度差，孔径超差，呈喇叭口，铰刀易磨损等。不同种类不锈钢的切削加工性不同，在铰孔中所表现出的问题也不一样，如对1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢和耐浓硝酸不锈钢铰孔时，主要是铰刀磨损问题；而对2Cr13等马氏体不锈钢铰孔时，主要是不容易保证铰孔的粗糙度和尺寸精度问题。为了避免这些问题，应注意以下事项：

1. 合理选择铰刀和铰削用量，是保证铰孔顺利进行的关键。
2. (2)提高预加工工序质量，防止预加工孔出现划沟、椭圆、多边形、锥度或喇叭口、腰鼓形状、轴心线弯曲、偏斜等现象。
3. 保持工件材质硬度适中，尤其对2Cr13马氏体不锈钢，调质处理后的硬度在HRC28以下为宜。
4. 正确安装铰刀和工件，铰刀必须装正，铰刀轴线应和工件预加工孔的轴线保持一致，以保证各刀齿均匀切削。
5. 选用合适的切削液，可以解决不锈钢的切屑粘附问题，并使之顺利排屑，从而降低孔表面粗糙度和提高刀具耐用度。一般以使用硫化油为宜，若在硫化油中添加10%～20%CCl4或在猪油中添加20%～30%CCl4，对降低表面粗糙度有显著的效果。由于CCl4对人体有害，宜采用硫化油85%～90%和煤油10%～15%的混合液。铰刀直径较大时，可采用内冷却方式。
6. 认真注意铰孔的过程，严格检查刀齿的跳动量，是获得均匀铰削的关键。在铰削过程中，注意切屑的形状，由于铰削余量小，切屑呈箔卷状或呈很短的螺卷状。若切屑大小不一，有的呈碎末状、有的呈小块状，说明铰削不均匀。若切屑呈条的弹簧状，说明铰削余量太大。若切屑呈针状、碎片状，说明铰刀已经磨钝。还要防止切屑堵塞，应勤于观察刀齿有无粘屑，以避免孔径超差。使用硬质合金铰刀铰孔时，会出现孔收缩现象，为防止退刀时将孔拉毛，可采取加大主偏角来改善这种情况。

14 怎样对不锈钢进行攻丝？

在不锈钢上攻丝比在普遍钢材上攻丝要困难得多。经常出现由于扭矩大，丝锥被“咬死”在螺孔中，崩齿或折断，螺纹表面不光，沟纹，尺寸超差，乱扣和丝锥磨损严重等现象。因此，攻制不锈钢螺纹时应采取相应的技术措施加以解决。

1. 攻制不锈钢螺纹时，“胀牙”现象比较严重，丝锥容易“咬死”在孔中，所以螺纹底孔应适当加大。一般情况下，螺距为1mm以下的螺纹底孔直径等于公称直径减去螺距；螺距大于1mm时，螺纹底孔直径等于公称直径减去1.1倍螺距。
    

   图8 加工不锈钢用的无槽丝锥

2. 选择合适的丝锥和合理的切削用量，是关系到攻丝质量的关键。丝锥材料，应选含钴或铝超硬高速钢；主偏角和螺距、丝锥把数有关，头锥k_r=5°～7°，二锥、三锥为k_r=10°～20°；校准部分一般取3～4扣螺纹长度，并有0.05～0.1mm/100 mm的倒锥；容屑槽方向一般取b=8°～15°，可以控制切屑流动方向，对于直槽丝锥，可以将丝锥前端改磨成螺旋形；丝锥的前角一般为g_p=15°～20°，后角为8°～12°。
3. 可采用无槽丝锥对不锈钢攻丝，见图8。使用无槽丝锥挤丝前的底孔直径为： d₀=d_w-(0.5-0.6)P式中：d_w——工件螺纹外径，mm；
   P——螺距。
4. (4)不锈钢攻丝时，应保证有足够的冷却润滑液。通常可选用硫化油+15%～20%CCl4；白铅油+机油或其他矿物油；煤油稀释氯化石蜡等。
5. 在攻丝的过程中，万一丝锥折断，可将工件放在硝酸溶液中进行腐蚀，可以很快将高速钢丝锥腐蚀，而不报废工件。

15 磨削不锈钢有哪些特点？

1. 不锈钢的韧性大，热强度高，而砂轮磨粒的切削刃具有较大的负前角，磨削过程中磨屑不容易被切离，切削阻力大，挤压、摩擦剧烈。单位面积磨削力很大，磨削温度可达1000℃～1500℃。同时，在高温高压的作用下，磨屑易粘附在砂轮上，填满磨粒问的空隙，使磨粒失去切削作用。不锈钢的类型不同，产生砂轮堵塞的情况也不相同，如磨削耐浓硝酸不锈钢及耐热不锈钢，粘附、堵塞现象比1Cr18NiTi严重，而1Cr13、2Cr13等马氏体不锈钢就比较轻。
2. 不锈钢的导热系数小，磨削时的高温不易导出，工件表面易产生烧伤、退火等现象，退火层深度有时可达0.01～0.02 mm。磨削过程中产生严重的挤压变形，导致磨削表面产生加工硬化，特别是磨削奥氏体不锈钢时，由于奥氏体组织不够稳定，磨后易产生马氏体组织，使表面硬化严重。
3. 不锈钢的线膨胀系数大，在磨削热的作用下易产生变形，其尺寸难以控制。尤其是薄壁和细长的零件，此现象更为严重。
4. 多数类型的不锈钢不能被磁化，在平面磨削时，只能靠机械夹固或专用夹具来夹持工件，利用工件侧面夹紧工件，产生变形和造成形状或尺寸误差，薄板工件更为突出。同时也会引起磨削过程中的颤振而出现鳞斑状的波纹。

16 磨削不锈钢时怎样选择砂轮？

1. 磨料：白刚玉具有较好的切削性能和自锐性，适于磨削马氏体及马氏体+铁素体不锈钢；单晶刚玉磨料适用于磨削奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢；微晶刚玉磨料是由许多微小的晶体组成的，强度高、韧性和自锐性好，其自锐的特点是沿微晶的缝隙碎裂，从而获得微刃性和微刃等高性，可以减少烧伤、拉毛等现象，并可以降低磨削表面粗糙度，适于磨削各种不锈钢；立方氮化硼磨料的硬度很高，热稳定性好，化学惰性高，在1300℃～1500℃不氧化，磨粒的刃尖不易变钝，产生的磨削热也少，适用于磨削各种不锈钢。为了减少粘附现象，也可采用碳化硅和人造金刚石为磨料的砂轮。
2. 粒度：磨削不锈钢时，一般以采用36号、46号、60号中等粒度的砂轮为宜，其中粗磨时，采用36号、46号粒度，精磨用60号粒度。为了同时适用于粗磨和精磨，则采用46号或60号粒度。
3. 结合剂：磨削不锈钢要求砂轮具有较高的强度，以便承受较大的冲击载荷。陶瓷结合剂耐热、抗腐蚀，用它制成的砂轮能很好地保持切削性能，不怕潮湿，且有多孔性，适合于制作磨削不锈钢砂轮的结合剂。磨削耐浓硝酸不锈钢等材料内孔时，可采用树脂结合剂制造砂轮。
4. 硬度：应选用硬度较低的砂轮，以提高自锐性。一般选用G～N硬度的砂轮，其中以K～L使用最为普遍，使用微晶刚玉作磨料的内圆磨砂轮，则以J硬度为宜。
5. 组织：为了避免磨削过程中砂轮堵塞，砂轮组织应选较疏松的，一般选用5号～8号较为合适。

17 磨削不锈钢时怎样选择磨削用量？

陶瓷结合剂砂轮的速度为30～35 m/s；树脂结合剂的砂轮速度为35～50 m/s。当发现表面烧伤时，应将砂轮速度降至16～20 m/s。

工件速度，当工件直径小于50 mm时，n=120～150 r/min；大于50 mm时，n=40～80 r/min。用砂轮外圆进行平面精磨时，工作台运动速度一般为15～20 m/min，粗磨时为5～50 m/min。磨削深度和横向进给量小时取大值，横向进给量大时取小值。粗磨深度为0.04～0.08 mm，精磨深度为0.01 mm。修整砂轮后应减小磨削深度。

外圆磨削时纵向进给量，粗磨时为(0.2～0.7)B mm/r，精磨时为(0.2～0.3)B mm/r；内圆磨削时纵向进给量，粗磨时为(0.4～0.7)B mm/r，精磨时为(0.25～0.4)B mm/r；砂轮外圆平面磨横向进给量，粗磨时(0.3～0.7)B mm/dst，精磨时为(0.05～0.1)B mm/dst。

18 磨削不锈钢时应注意什么？

1. 应及时修整砂轮，粗磨时砂轮要修整粗一些，精磨时砂轮要始终保持锋利，以免过热烧伤。修整后的砂轮两侧转角处，不允许有毛刺存在。
2. 低表面粗糙度磨削时，粗精磨应分别进行，精磨余量一般留0.05 mm为宜，工件装夹误差大时可留0.1 mm。
3. 磨削过程中必须充分冷却，以带走大量的磨削热和进行冲刷，防止砂轮堵塞和工件表面烧伤。冷却液必须清洁，不能混入磨屑或砂粒，以免将工件拉毛。磨削不锈钢的冷却液，一般选用冷却性能较好的乳化液，或用含有极压添加剂且表面张力小的冷却液。流量为20～40 L/min，砂轮直径大时为80 L/min。
4. 不锈钢磨削余量应取小一些，外圆磨削时，直径上的磨削余量为0.15～0.3 mm，精磨余量为0.05 mm。内圆磨削的余量与外圆磨削基本相同。平面磨削时，对面积小、刚性好的零件，单边留余量为0.15～0.2 mm，刚性差、面积大的零件，单边留磨削余量0.25～0.3 mm。

19 加工不锈钢的实例有哪些？

不锈钢的用途很广，切削加工的实例也很多，在这里仅举几个切削加工的实例，以供参考。

1. 车削：工件材料为1Cr18Ni9Ti，工件尺寸为Ø900 mm×720 mm。原用YG8硬质合金车刀，刀具几何参数g₀=15°～18°，a₀=6°～8°，k_r=75°，l_s=-5°～-8°；切削用量为Vc=28 m/min，a_p=0.3～0.5 mm，f=0.16mm/r，精车一刀需刃磨28次车刀，且工件表面接刀痕十分明显。后改用YG8N硬质合金车刀，除将切削速度提高到42.4m/min外，其他条件相同，精车一刀外圆，仅需磨刀5次，工件表面粗糙度Ra为3.2μm，接刀痕也不明显。
2. 车螺纹：工件材料为1Cr18Ni9Ti，螺纹规格为M20×2.5。原用YG8硬质合金，Vc=10 m/min，f=2.5 mm/r，a_p=0.3～0.4 mm，刀具刃磨一次加工不了一件。改用813硬质合金，在Vc=36 m/min的条件下，可加工两件以上，效率和刀具耐用度可提高两倍以上。
3. 铣削：工件材料为Cr17Ni2，铣削平面，切削用量为Vc=90～100 m/min，a_p=3～4 mm，a_f=0.15 mm/z。刀具为可转位端铣刀，刀具材料为YW4，刀具几何参数为g₀=5°，a₀=8°，k_r=75°，l_s=5°。刀具耐用度为41 min。
4. 镗孔：工件材料为1Cr18Ni9Ti，刀具材料原用YG6和YG10H硬质合金，刀具几何参数为g₀=20°，a₀=8°，k_r=75°，l_s=-3°。切削用量为Vc=20 m/min，a_p=3 mm，f=0.32mm/r。在相同的条件下，YG6的刀具耐用度为15 min，且不断屑而粘刀，YG10H的刀具耐用度为60 min，而且切削质量良好。