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                  不銹鋼材料加工工藝
                  [發布時間:2017/6/7]

                  不銹鋼材料加工難點分析

                  不銹鋼材料加工難點主要有以下幾個方面:

                  1. 切削力大,切削溫度高

                  該類型材料強度大,切削時切向應力大、塑性變形大,因而切削力大。此外材料導熱性極差,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區域內,從而加快了刀具的磨損。

                  2. 加工硬化嚴重

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

                  3. 容易粘刀

                  無論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時切屑強韌、切削溫度很高的特點。當強韌的切屑流經前刀面時,將產生粘結、熔焊等粘刀現象,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,從而影響了生產效率,提高了刀具使用成本。

                  不銹鋼零件加工工藝

                  通過上述加工難點分析,不銹鋼的加工工藝及相關刀具參數設計與普通結構鋼材料應具有較大的不同,其具體加工工藝如下:

                  1.鉆孔加工

                  在鉆孔加工時,由于不銹鋼材料導熱性能差,彈性模量小,孔加工起來也比較困難。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以及刀具的切削用量。鉆削上述材料時,鉆頭一般應選用W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4Co8等材質的鉆頭,這些材質鉆頭缺點是價格比較昂貴,而且難以采購。而采用常用的W18Cr4V普通標準高速鋼鉆頭鉆孔時,由于存在頂角較小、切屑太寬而不能及時排出孔外、切削液不能及時冷卻鉆頭等缺點,再加上不銹鋼材料導熱性差,造成集中在刀刃上的切削溫度升高,容易導致兩個后刀面和主刃燒傷及崩刃,使鉆頭的使用壽命降低。

                  (1)刀具幾何參數設計
                  在采用W18Cr4V普通高速鋼鉆頭鉆孔時,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,因而必須對鉆頭橫刃進行修磨,修磨后橫刃的斜角為47°~55°,橫刃前角為3°~5°,修磨橫刃時,應將切削刃與圓柱面轉角處修磨成圓角,以增加橫刃強度。由于不銹鋼材料彈性模量較小,切屑層下的金屬彈性恢復大,加之加工過程中加工硬化嚴重,后角太小會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,所以后角應以12°~15°為宜。為使鉆屑變窄,利于排屑,還需要在鉆頭兩個后刀面上開交錯分布的分屑槽。

                  (2)切削用量選擇
                  鉆削時,切削用量的選擇應從降低切削溫度的基本點出發,因為高速切削將會使切削溫度升高,而高的切削溫度將加劇刀具磨損,因而切削用量中最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。進給量對刀具壽命影響較小,但進給量選擇太小將會使刀具在硬化層內切削,加劇磨損;而進給量如果太大,又會使表面粗糙度變差。綜合上述兩個因素,進給量選擇為0.32~0.50mm/r為宜。

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

                  2.鉸孔加工

                  (1)刀具幾何參數設計
                  不銹鋼材料的鉸削加工大部分使用硬質合金鉸刀。鉸刀的結構和幾何參數與普通鉸刀有所不同。為增強刀齒強度并防止鉸削時產生切屑堵塞現象,鉸刀齒數一般比較少。鉸刀前角一般為8°~12°,但在某些特定情況,為了實現高速鉸削,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°;鉸孔時為了使切屑向前排出,也可適當增加刃傾角角度,刃傾角角度一般為10°~20°;刃帶寬度為0.1~0.15mm;鉸刀上倒錐應較普通鉸刀大,硬質合金鉸刀一般為0.25~0.5mm/100mm,高速鋼鉸刀為0.1~0.25mm/100mm;鉸刀校正部分長度一般為普通鉸刀的65%~80%,其中圓柱部分長度為普通鉸刀的40%~50%。

                  (2)切削用量選擇
                  鉸孔時進給量為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。粗鉸時應采用硬質合金刀具,精鉸時可采用高速鋼刀具。

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

                  3.鏜孔加工

                  (1)刀具材料選擇
                  因加工不銹鋼零件時切削力大、切削溫度高,刀具材料應盡量選擇強度高、導熱性好的YW或YG類硬質合金。精加工時也可使用YT14及YT15硬質合金刀片。批量加工上述材料零件時,可采用陶瓷材料刀具,由于此類材料的特點主要是韌性大,加工硬化嚴重,切削這些材料的切屑以單元切屑形式產生,將使刀具產生振動,容易造成刀刃產生微崩現象,因此選擇陶瓷刀具切削此類材料零件時首先應考慮的是微觀韌性。目前Sialon是一種比較好的選擇,特別是α/βSialon材料,因其優異的抗高溫變形的性能以及擴散磨損的性能而引人注目,并成功應用于切削鎳基合金,其壽命遠遠超過Al2O3基陶瓷。此外,SiC晶須加強陶瓷也是切削不銹鋼或鎳基合金的一種很有效的刀具材料。

                  對于此類材料淬火零件的加工,可以采用CBN(立方氮化硼)刀片,CBN硬度僅次于金剛石,硬度可達7000~8000HV,因此耐磨性很高,與金剛石相比,CBN突出優點是耐熱性比金剛石高得多,可達1200℃,可承受很高的切削溫度。此外其化學惰性很大,與鐵族金屬在1200~1300℃時也不起化學作用,因此非常適合加工不銹鋼材料。其刀具壽命是硬質合金或陶瓷刀具的幾十倍。

                  (2)刀具幾何參數設計
                  刀具幾何參數對其切削性能起重要的作用,為使切削輕快、順利,硬質合金刀具宜采用較大的前角,以提高刀具壽命。一般粗加工時,前角取10°~20°,半精加工時取15°~20°;精加工時取20°~30°。主偏角的選擇依據是,當工藝系統剛性良好時,可取30°~45°;如工藝系統剛性差時,則取60~75°,當工件長度與直徑之比超過10倍時,可取90°。

                  用陶瓷刀具鏜削不銹鋼材料時,絕大多數情況下,陶瓷刀具均采用負前角進行切削。前角大小一般選應-5°~-12°。這樣有利于加強刀刃,充分發揮陶瓷刀具抗壓強度較高的優越性。后角大小直接影響刀具磨損,對刀刃強度也有影響,一般選用5°~12°。主偏角的改變會影響徑向切削分力與軸向切削分力的變化以及切削寬度和切削厚度的大小。因為工藝系統的振動對陶瓷刀具極為不利,所以主偏角的選擇要有利于減少這種振動,一般選取30°~75°。選用CBN作為刀具材料時,刀具幾何參數為前角0°~10°,后角12°~20°,主偏角45°~90°。

                  (3)前刀面刃磨時粗糙度值要小
                  為避免出現切屑粘刀現象,刀具的前、后刀面應仔細刃磨以保證具有較小的粗糙度值,從而減少切屑流出阻力,避免切屑粘刀。

                  (4)刀具刃口應保持鋒利
                  刀具刃口應保持鋒利,以減少加工硬化,進給量和背吃刀量不宜過小,以防止刀具在硬化層中切削,影響刀具使用壽命。

                  (5)注意斷屑槽的磨削
                  由于不銹鋼切屑具有強韌的特點,刀具前刀面上斷屑槽修磨應合適,從而使切削過程中斷屑、容屑、排屑方便。

                  (6)切削用量的選擇
                  根據不銹鋼材料特點,加工時宜選用低速和較大進給量進行切削。

                  采用陶瓷刀具進行鏜削時,切削用量的合理選擇是充分發揮陶瓷刀具性能的關鍵之一。陶瓷刀具連續切削時可以按照磨損耐用度與切削用量之間的關系選擇切削用量;斷續切削則應按照刀具破損規律確定合理切削用量。由于陶瓷刀具有優越的耐熱性和耐磨性,切削用量對刀具磨損壽命的影響比硬質合金刀具要小。一般情況下,用陶瓷刀具加工時,進給量對刀具的破損影響最為敏感。因而,根據工件材料的性質,在機床功率、工藝系統剛度和刀片強度許可的前提下,在鏜削不銹鋼零件時,盡可能選擇高的切削速度、較大的背吃刀量和比較小的進給量。

                  (7)切削液選擇要合適
                  由于不銹鋼具有極易產生粘結和散熱性差的特點,因此在鏜削中選用抗粘結和散熱性好的切削液相當重要,如選用含氯較高的切削液,以及具有良好冷卻、清洗、防銹和潤滑作用的不含礦物油、不含亞酸鹽的水溶液,如H1L-2合成切削液。

                  采用上述工藝方法,可以克服不銹鋼的加工難點,使不銹鋼在進行鉆、鉸、鏜孔時刀具壽命得到極大的提高,減少操作中磨刀、換刀次數,在提高生產效率和孔加工質量、降低工人勞動強度和生產成本方面,能取得令人滿意的效果。
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