1Cr18Ni9Ti不锈钢细长孔的钻削攻丝工艺研究 - 文章

1Cr18Ni9Ti不锈钢细长孔的钻削攻丝工艺研究

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引言

鉴于1Cr18Ni9Ti材料具有优良的耐腐蚀性和韧性，在液气体传输管件中应用日趋广泛，尤其在高压输送酸碱性液体时，多采用该类材料制造阀管件。这类零件形状复杂、精度要求高、批量大。由于1Cr18Ni9Ti属奥氏体不锈钢类材料，其具有韧性大、高温机械性能好、切屑粘附性强及导热性差，加工硬化趋强等特性，切削加工性差，尤其小孔的钻削及螺纹的加工更为困难。而采用传统工艺，刀具消耗量大，废品率极高。因此通过反复实践，不断对工艺方案进行改进，取得了良好的效果。

在该类阀体零件中，有大量的孔直径在Ø8mm以下，孔长在240mm以上，长径比为l/d>30，表面粗糙度为Ra1.2，圆柱度误差为0.05mm，并有许多小于M6内螺纹。在此类细长孔及小径内螺纹的加工中，如果采用传统工艺方法加工，首先是加长钻头的稳定性差，很难满足技术要求。特别是排屑困难，极易造成钻头折断，使工件报废；其次是钻头、丝锥磨损加剧，一般加工几个零件就需更新钻头、丝锥，使加工成本上升，加工效率降低。

1 钻孔工艺设计及参数确定

1) 加长钻杆及提高钻头稳定性

由于是深孔加工，需要一些加长钻头，订做这种加长钻头，不仅成本高，而且周期长，在无专用夹具的情况下，对通用标准钻头焊一个加长柄时不易焊正，无法满足技术要求。为此，设计一套专用夹具，如图1所示，使其焊后变形小。其原理是：利用带有V型夹具座，保证钻头及钻柄的同心度，用螺栓压板将钻头、钻柄定位夹持进行焊接，采用铜材料钎焊。加长的钻柄尺寸应准确，并使其具有导向作用，以提高钻孔时钻头的稳定。

1.V型槽座 2.钻头、钻柄 3.压板 4.螺栓
图1 焊接钻杆夹具

2) 钻头的几何参数确定

由于1Cr18Ni9Ti属于奥氏体不锈钢难加工材料，按常规几何参数：锋角116°～120°；后角10°～14°；副后角a=0°进行磨制钻头，其耐用度极低，加工质量差等问题非常突出，对切削过程进行分析后，从以下5个方面改变钻头切削部分的几何参数。

a. 改变后角及锋角：通过大量试验证明，后角改变12°～15°较为适宜；锋角135°～140°较为理想。
b. 修磨棱边：将原来副后角a=0°磨成a为3°～5°，并留有一条宽度的刃带棱边。这样不但可保留原棱边的导向作用，并可以减少棱边与孔壁之间的摩擦，从而降低切削热及钻头与工件的"咬死"现象。
c. 开分屑槽：利用钻头刃磨机床磨制分屑槽，其目的是减小切屑宽度，改善切削条件，便于排屑。通过大量的试验，对直径Ø6～12mm的钻头可以开出1～2条分屑槽，分屑槽宽度c为0.05～0.06d；分屑槽深度t为0.04～0.05d，其中d为钻头直径。
d. 修磨横刃：应尽量缩短横刃，降低尖高，修磨横刃处前刀面，使修磨部分的负前角变正前角。
e. 切削速度v为8～10m/min；进给量f为0.12～0.20mm/r较适宜。

2 对丝锥的改进措施

针对1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢的特性，在攻螺纹工序采用W18Cr4V作为刀具材料，并使用具有较小导角Ø，校准部分较短，容屑槽数较多，较大前角g=15°～20°和后角a=8°～12°结构的丝锥。

根据使用情况，该丝锥加工M6以上的螺纹孔可行，但加工M6以下螺纹时易出现攻不进、丝锥"咬死"、易折断等弊病。分析其原因，主要是由于不锈钢的特点所致，由于丝锥小，开容屑槽后的断面很小，经淬火后基本淬透，硬度高而韧性差，抗扭强度低，容易产生折断现象。通过实验分析，对现有的通用丝锥进行改进，研制成三棱形丝锥，如图2所示，其具有较大导角Ø，前角g=20°～25°；后角a=8°～10°。该丝锥横截面面积大于同规格尺寸的丝锥，其刚性好，抗扭强度大，提高了使用寿命，使用后效果良好。

图2 丝锥剖面示意图

3 选取合适的切削液

对钻头、丝锥折断的原因进行分析后，发现以下因素起主要作用：一是润滑的问题，在加工时积屑瘤产生，粘刀、切屑排出困难，高温润滑性不好；二是冷却不充分，热量不能及时散发出去。针对上述问题，选择抗粘结和冷却性能好的切削液是最有效的办法。通过大量的实验发现，对切削液的要求有：流动性好；高温润滑性好。即切削液的流动性好，可使切削液能及时地、连续地流到加工面上去冷却、润滑，减少刀具产生积屑瘤、不粘刀。对此，通过多组配方进行对比实验发现，采用了高速全损耗系统用油、酒精、二硫化钼3种成分配比的切削液，使用效果较好。其配方为：70#极压工业齿轮油30%，粘度小，流动性好，有低温润滑、冷却作用；二硫化钼25%，润滑性好，极压剂，在高温、高压下其润滑效果好；酒精45%，粘度小，流动性好，冷却散热效果较好。

4 结语

本工艺的特点是通过不断探索及反复实践，设计出特殊的工艺方案及技术参数，并根据对刀具结构、材料改进及切削加工的实践证明，采取该工艺对其他一些奥氏体不锈钢材料如1Cr18Ni9Ti、1Gr18Ni9和0Gr18Ni12Mo2的零件进行加工时，该工艺具有很好的适应性，可使加工的综合成本明显降低。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/25/2007)


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