不銹鋼切削加工的技術(shù)(三)
12 怎樣解決耐酸不銹鋼鉆孔時(shí)的斷屑問題？
耐酸不銹鋼的塑性和韌性都很大，鉆孔時(shí)存在的主要問題是不容易斷屑，影響切削液的流入，切削區(qū)溫度高，刀具耐用度低，生產(chǎn)率低。在鉆孔時(shí)，切削負(fù)荷大，形成切屑要消耗很多的能量，再加上這類不銹鋼的高溫強(qiáng)度和硬度高，鉆屑在切離時(shí)不易折斷；同時(shí)冷作硬化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，表面硬化程度可達(dá)100%以上，硬化層厚度達(dá)0.1～0.2mm。耐酸不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，只有碳鋼的1/3～1/4，切削區(qū)溫度很高，與其他金屬的親和作用強(qiáng)以及材料中存在的硬質(zhì)點(diǎn)，加劇了刀具的磨損。
為了解決耐酸不銹鋼鉆孔時(shí)的斷屑問題，研制了新型鉆耐酸不銹鋼斷屑群鉆，用它鉆孔時(shí)切屑長(zhǎng)100mm左右呈“禮花”狀從孔中排出，斷屑效果十分理想。
在鉆孔過程中要出這種切屑的關(guān)鍵是：一要使分屑點(diǎn)處于臨界分屑狀態(tài)；二要適當(dāng)磨出鉆尖高(h=0.05D～0.07D)和圓弧半徑(R=0.2D)；三是L1=1.7～3.3 mm位置應(yīng)選擇恰當(dāng)，并配合適當(dāng)大的進(jìn)給量和較低的切削速度，使切屑在斜擰狀態(tài)中折斷。
使用耐酸不銹鋼斷屑群鉆鉆孔時(shí)，應(yīng)選用較低的切削速度和較大的進(jìn)給量，有利于實(shí)現(xiàn)斷屑。
13 怎樣對(duì)不銹鋼進(jìn)行鉸孔？
對(duì)不銹鋼鉸孔時(shí)，經(jīng)常遇到的問題是：孔表面容易劃出溝槽，粗糙度差，孔徑超差，呈喇叭口，鉸刀易磨損等。不同種類不銹鋼的切削加工性不同，在鉸孔中所表現(xiàn)出的問題也不一樣，如對(duì)1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼和耐濃硝酸不銹鋼鉸孔時(shí)，主要是鉸刀磨損問題；而對(duì)2Cr13等馬氏體不銹鋼鉸孔時(shí)，主要是不容易保證鉸孔的粗糙度和尺寸精度問題。為了避免這些問題，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
合理選擇鉸刀和鉸削用量，是保證鉸孔順利進(jìn)行的關(guān)鍵。
(2)提高預(yù)加工工序質(zhì)量，防止預(yù)加工孔出現(xiàn)劃溝、橢圓、多邊形、錐度或喇叭口、腰鼓形狀、軸心線彎曲、偏斜等現(xiàn)象。
保持工件材質(zhì)硬度適中，尤其對(duì)2Cr13馬氏體不銹鋼，調(diào)質(zhì)處理后的硬度在HRC28以下為宜。
正確安裝鉸刀和工件，鉸刀必須裝正，鉸刀軸線應(yīng)和工件預(yù)加工孔的軸線保持一致，以保證各刀齒均勻切削。
選用合適的切削液，可以解決不銹鋼的切屑粘附問題，并使之順利排屑，從而降低孔表面粗糙度和提高刀具耐用度。一般以使用硫化油為宜，若在硫化油中添加10%～20%CCl4或在豬油中添加20%～30%CCl4，對(duì)降低表面粗糙度有顯著的效果。由于CCl4對(duì)人體有害，宜采用硫化油85%～90%和煤油10%～15%的混合液。鉸刀直徑較大時(shí)，可采用內(nèi)冷卻方式。
認(rèn)真注意鉸孔的過程，嚴(yán)格檢查刀齒的跳動(dòng)量，是獲得均勻鉸削的關(guān)鍵。在鉸削過程中，注意切屑的形狀，由于鉸削余量小，切屑呈箔卷狀或呈很短的螺卷狀。若切屑大小不一，有的呈碎末狀、有的呈小塊狀，說明鉸削不均勻。若切屑呈條的彈簧狀，說明鉸削余量太大。若切屑呈針狀、碎片狀，說明鉸刀已經(jīng)磨鈍。還要防止切屑堵塞，應(yīng)勤于觀察刀齒有無粘屑，以避免孔徑超差。使用硬質(zhì)合金鉸刀鉸孔時(shí)，會(huì)出現(xiàn)孔收縮現(xiàn)象，為防止退刀時(shí)將孔拉毛，可采取加大主偏角來改善這種情況。
14 怎樣對(duì)不銹鋼進(jìn)行攻絲？
在不銹鋼上攻絲比在普遍鋼材上攻絲要困難得多。經(jīng)常出現(xiàn)由于扭矩大，絲錐被“咬死”在螺孔中，崩齒或折斷，螺紋表面不光，溝紋，尺寸超差，亂扣和絲錐磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象。因此，攻制不銹鋼螺紋時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以解決。
攻制不銹鋼螺紋時(shí)，“脹牙”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，絲錐容易“咬死”在孔中，所以螺紋底孔應(yīng)適當(dāng)加大。一般情況下，螺距為1mm以下的螺紋底孔直徑等于公稱直徑減去螺距；螺距大于1mm時(shí)，螺紋底孔直徑等于公稱直徑減去1.1倍螺距。
圖10 加工不銹鋼用的無槽絲錐
選擇合適的絲錐和合理的切削用量，是關(guān)系到攻絲質(zhì)量的關(guān)鍵。絲錐材料，應(yīng)選含鈷或鋁超硬高速鋼；主偏角和螺距、絲錐把數(shù)有關(guān)，頭錐kr=5°～7°，二錐、三錐為kr=10°～20°；校準(zhǔn)部分一般取3～4扣螺紋長(zhǎng)度，并有0.05～0.1mm/100 mm的倒錐；容屑槽方向一般取b=8°～15°，可以控制切屑流動(dòng)方向，對(duì)于直槽絲錐，可以將絲錐前端改磨成螺旋形；絲錐的前角一般為gp=15°～20°，后角為8°～12°。
可采用無槽絲錐對(duì)不銹鋼攻絲，見圖10。使用無槽絲錐擠絲前的底孔直徑為：
d0=dw-(0.5-0.6)P
式中：dw——工件螺紋外徑，mm；
P——螺距。
(4)不銹鋼攻絲時(shí)，應(yīng)保證有足夠的冷卻潤(rùn)滑液。通常可選用硫化油+15%～20%CCl4；白鉛油+機(jī)油或其他礦物油；煤油稀釋氯化石蠟等。
在攻絲的過程中，萬一絲錐折斷，可將工件放在硝酸溶液中進(jìn)行腐蝕，可以很快將高速鋼絲錐腐蝕，而不報(bào)廢工件。
15 磨削不銹鋼有哪些特點(diǎn)？
不銹鋼的韌性大，熱強(qiáng)度高，而砂輪磨粒的切削刃具有較大的負(fù)前角，磨削過程中磨屑不容易被切離，切削阻力大，擠壓、摩擦劇烈。單位面積磨削力很大，磨削溫度可達(dá)1000℃～1500℃。同時(shí)，在高溫高壓的作用下，磨屑易粘附在砂輪上，填滿磨粒問的空隙，使磨粒失去切削作用。不銹鋼的類型不同，產(chǎn)生砂輪堵塞的情況也不相同，如磨削耐濃硝酸不銹鋼及耐熱不銹鋼，粘附、堵塞現(xiàn)象比1Cr18NiTi嚴(yán)重，而1Cr13、2Cr13等馬氏體不銹鋼就比較輕。
不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，磨削時(shí)的高溫不易導(dǎo)出，工件表面易產(chǎn)生燒傷、退火等現(xiàn)象，退火層深度有時(shí)可達(dá)0.01～0.02 mm。磨削過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓變形，導(dǎo)致磨削表面產(chǎn)生加工硬化，特別是磨削奧氏體不銹鋼時(shí)，由于奧氏體組織不夠穩(wěn)定，磨后易產(chǎn)生馬氏體組織，使表面硬化嚴(yán)重。
不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，在磨削熱的作用下易產(chǎn)生變形，其尺寸難以控制。尤其是薄壁和細(xì)長(zhǎng)的零件，此現(xiàn)象更為嚴(yán)重。
多數(shù)類型的不銹鋼不能被磁化，在平面磨削時(shí)，只能靠機(jī)械夾固或?qū)Ｓ脢A具來夾持工件，利用工件側(cè)面夾緊工件，產(chǎn)生變形和造成形狀或尺寸誤差，薄板工件更為突出。同時(shí)也會(huì)引起磨削過程中的顫振而出現(xiàn)鱗斑狀的波紋。
16 磨削不銹鋼時(shí)怎樣選擇砂輪？
磨料：白剛玉具有較好的切削性能和自銳性，適于磨削馬氏體及馬氏體+鐵素體不銹鋼；單晶剛玉磨料適用于磨削奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼；微晶剛玉磨料是由許多微小的晶體組成的，強(qiáng)度高、韌性和自銳性好，其自銳的特點(diǎn)是沿微晶的縫隙碎裂，從而獲得微刃性和微刃等高性，可以減少燒傷、拉毛等現(xiàn)象，并可以降低磨削表面粗糙度，適于磨削各種不銹鋼；立方氮化硼磨料的硬度很高，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性高，在1300℃～1500℃不氧化，磨粒的刃尖不易變鈍，產(chǎn)生的磨削熱也少，適用于磨削各種不銹鋼。為了減少粘附現(xiàn)象，也可采用碳化硅和人造金剛石為磨料的砂輪。
粒度：磨削不銹鋼時(shí)，一般以采用36號(hào)、46號(hào)、60號(hào)中等粒度的砂輪為宜，其中粗磨時(shí)，采用36號(hào)、46號(hào)粒度，精磨用60號(hào)粒度。為了同時(shí)適用于粗磨和精磨，則采用46號(hào)或60號(hào)粒度。
結(jié)合劑：磨削不銹鋼要求砂輪具有較高的強(qiáng)度，以便承受較大的沖擊載荷。陶瓷結(jié)合劑耐熱、抗腐蝕，用它制成的砂輪能很好地保持切削性能，不怕潮濕，且有多孔性，適合于制作磨削不銹鋼砂輪的結(jié)合劑。磨削耐濃硝酸不銹鋼等材料內(nèi)孔時(shí)，可采用樹脂結(jié)合劑制造砂輪。
硬度：應(yīng)選用硬度較低的砂輪，以提高自銳性。一般選用G～N硬度的砂輪，其中以K～L使用最為普遍，使用微晶剛玉作磨料的內(nèi)圓磨砂輪，則以J硬度為宜。
組織：為了避免磨削過程中砂輪堵塞，砂輪組織應(yīng)選較疏松的，一般選用5號(hào)～8號(hào)較為合適。
17 磨削不銹鋼時(shí)怎樣選擇磨削用量？
陶瓷結(jié)合劑砂輪的速度為30～35 m/s；樹脂結(jié)合劑的砂輪速度為35～50 m/s。當(dāng)發(fā)現(xiàn)表面燒傷時(shí)，應(yīng)將砂輪速度降至16～20 m/s。
工件速度，當(dāng)工件直徑小于50 mm時(shí)，n=120～150 r/min；大于50 mm時(shí)，n=40～80 r/min。用砂輪外圓進(jìn)行平面精磨時(shí)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度一般為15～20 m/min，粗磨時(shí)為5～50 m/min。磨削深度和橫向進(jìn)給量小時(shí)取大值，橫向進(jìn)給量大時(shí)取小值。粗磨深度為0.04～0.08 mm，精磨深度為0.01 mm。修整砂輪后應(yīng)減小磨削深度。
外圓磨削時(shí)縱向進(jìn)給量，粗磨時(shí)為(0.2～0.7)B mm/r，精磨時(shí)為(0.2～0.3)B mm/r；內(nèi)圓磨削時(shí)縱向進(jìn)給量，粗磨時(shí)為(0.4～0.7)B mm/r，精磨時(shí)為(0.25～0.4)B mm/r；砂輪外圓平面磨橫向進(jìn)給量，粗磨時(shí)(0.3～0.7)B mm/dst，精磨時(shí)為(0.05～0.1)B mm/dst。
18 磨削不銹鋼時(shí)應(yīng)注意什么？
應(yīng)及時(shí)修整砂輪，粗磨時(shí)砂輪要修整粗一些，精磨時(shí)砂輪要始終保持鋒利，以免過熱燒傷。修整后的砂輪兩側(cè)轉(zhuǎn)角處，不允許有毛刺存在。
低表面粗糙度磨削時(shí)，粗精磨應(yīng)分別進(jìn)行，精磨余量一般留0.05 mm為宜，工件裝夾誤差大時(shí)可留0.1 mm。
磨削過程中必須充分冷卻，以帶走大量的磨削熱和進(jìn)行沖刷，防止砂輪堵塞和工件表面燒傷。冷卻液必須清潔，不能混入磨屑或砂粒，以免將工件拉毛。磨削不銹鋼的冷卻液，一般選用冷卻性能較好的乳化液，或用含有極壓添加劑且表面張力小的冷卻液。流量為20～40 L/min，砂輪直徑大時(shí)為80 L/min。
不銹鋼磨削余量應(yīng)取小一些，外圓磨削時(shí)，直徑上的磨削余量為0.15～0.3 mm，精磨余量為0.05 mm。內(nèi)圓磨削的余量與外圓磨削基本相同。平面磨削時(shí)，對(duì)面積小、剛性好的零件，單邊留余量為0.15～0.2 mm，剛性差、面積大的零件，單邊留磨削余量0.25～0.3 mm。
19 加工不銹鋼的實(shí)例有哪些？
不銹鋼的用途很廣，切削加工的實(shí)例也很多，在這里僅舉幾個(gè)切削加工的實(shí)例，以供參考。
車削：工件材料為1Cr18Ni9Ti，工件尺寸為Ø900 mm×720 mm。原用YG8硬質(zhì)合金車刀，刀具幾何參數(shù)g0=15°～18°，a0=6°～8°，kr=75°，ls=-5°～-8°；切削用量為Vc=28 m/min，ap=0.3～0.5 mm，f=0.16mm/r，精車一刀需刃磨28次車刀，且工件表面接刀痕十分明顯。后改用YG8N硬質(zhì)合金車刀，除將切削速度提高到42.4m/min外，其他條件相同，精車一刀外圓，僅需磨刀5次，工件表面粗糙度Ra為3.2μm，接刀痕也不明顯。
車螺紋：工件材料為1Cr18Ni9Ti，螺紋規(guī)格為M20×2.5。原用YG8硬質(zhì)合金，Vc=10 m/min，f=2.5 mm/r，ap=0.3～0.4 mm，刀具刃磨一次加工不了一件。改用813硬質(zhì)合金，在Vc=36 m/min的條件下，可加工兩件以上，效率和刀具耐用度可提高兩倍以上。
銑削：工件材料為Cr17Ni2，銑削平面，切削用量為Vc=90～100 m/min，ap=3～4 mm，af=0.15 mm/z。刀具為可轉(zhuǎn)位端銑刀，刀具材料為YW4，刀具幾何參數(shù)為g0=5°，a0=8°，kr=75°，ls=5°。刀具耐用度為41 min。
鏜孔：工件材料為1Cr18Ni9Ti，刀具材料原用YG6和YG10H硬質(zhì)合金，刀具幾何參數(shù)為g0=20°，a0=8°，kr=75°，ls=-3°。切削用量為Vc=20 m/min，ap=3 mm，f=0.32mm/r。在相同的條件下，YG6的刀具耐用度為15 min，且不斷屑而粘刀，YG10H的刀具耐用度為60 min，而且切削質(zhì)量良好。
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