不銹鋼薄壁零件的加工工藝分析

摘要：在機械加工行業中，不銹鋼薄壁工件的加工是比較困難的。由于其材料的切削性能和工件結構剛性均比較差，在加工過程中容易產生振動和變形，其形位和尺寸公差難以得到保證，如果解決方法不得當，會造成大量廢品，甚至會使加工無法進行下去。本文結合一加工實例詳述了加工工藝分析、刀具材料、切削用量及切削液選擇等問題，對于此類零件加工具有一定參考價值。

關鍵詞：機械加工；薄壁零件；加工工藝

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）05-0205-03

薄壁套類零件的加工特點：第一，薄壁套類零件的剛性很差，車削過程中由于切削力（特別是徑向切削力）的作用，極易產生變形與振動，從而影響工件的尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度。第二，因為零件壁薄，加之不同材料及加工條件的變化，使車削時受熱膨脹變形的規律不易掌握。所以，工件的尺寸精度不易控制。第三，在夾緊力的作用下零件容易產生變形，常態下零件的彈性復原能力，將直接影響零件的尺寸精度和形狀精度[2]。而不銹鋼薄壁工件的加工難度則更大。

圖1是某產品中的一個主要零件，材料為1Cr17Ni2不銹鋼，屬于薄壁套類零件，數量500件。以此為例，就其加工工藝方法作一個分析。

一、加工方法選擇及工藝分析

1.加工方法選擇及工序安排。如圖1所示鼠籠支座屬于薄壁的套類零件（壁厚只有2.5mm）。根椐圖紙的要求及零件的結構形狀，該零件的主要加工方法是車削，是該零件保證尺寸、形位及表面精度的主要工序。雖然內孔Φ62±0.0095的尺寸及其表面粗糙度Ra0.4的精度要求較高，但只要正確選擇刀具材料（如超硬刀具）、車刀幾何參數、切削用量、切削液等的條件，是可以滿足要求的。目前，超硬切削的工件表面粗糙度一般可達Ra0.2～Ra0.4，圓度可達0.0005mm，尺寸精度可控制在0.003mm以內。經過切削比較發現，超硬車削加工工藝比一般磨削加工工藝的生產效率要高4～6倍[3]。

由于工件有同軸度、端面跳動、圓度、圓柱度等形位精度的要求，所以在車削加工中，應考慮將內孔Φ62及其內端面、外圓Φ67、以及Φ82的內則端面的加工安排在同一工序中進行，以保證零件的形位精度。

圓周上的12個均布方孔的加工可用銑削加工，但由于窗口之間的筋條很單薄，受主切削力和刀刃螺旋線的切削分力的影響容易產生彎曲變形。相對于銑削加工來講，線切割加工可以很好地解決這個問題，因為其加工產生的切削力很小，對工件的影響可以忽略不計。對這個工件來講，是一個很好的加工方法。該工序應放在最后進行。

端面上的六個孔的加工可用鉆模的方式來保證其加工精度。考慮到線切割加工時用的穿絲工藝孔也可安排在工序中進行，所以鉆孔工序應安排在線切割工序前進行。而熱處理加工應安排在車削加工中的粗車后、精車前進行。

該零件的整個加工過程的工序安排為：

粗車——熱處理——精車——鉆孔——線切割。

2.加工工藝分析。

（1）車削加工。在粗車工序中確定精車工序的預留量時，還應考慮在熱處理后的變形對工件的影響因素，由于工件屬薄壁件，壁厚越薄熱處理時的變形越大，所以為了減少工件在熱處理后的變形，其工序余量可留多一點，預留量見的粗車工序圖（如圖2所示）。

在精車工序中，由于工件的壁厚薄，剛性較差，在徑向夾緊力的作用下容易使工件產生徑向變形，因此比較難保證工件的尺寸精度和形狀精度。為此在精加工過程可使用一些專用的工裝設備來提高工件在加工時的剛性，工件的尺寸和形位精度得到有效的保證。

工序1?搖用開口夾套夾住Φ67的外圓，加工Φ61內孔、Φ82外圓及外端面至尺寸要求。

工序2?搖調頭，以Φ61內孔為定位夾緊面（如圖4所示），精車Φ62內孔、Φ67和Φ66的外圓以及Φ82的厚度和總長的尺寸及各形位精度至圖紙要求。

（2）鉆孔加工。工件端面的6-Φ5孔的加工比較簡單，做一個鉆模便可（如圖5所示），關鍵是在鉆完第一個孔后插上定位銷，以防止工件的轉動而產生轉角誤差。再鉆其他孔。而用于線切割加工的12個穿絲工藝孔也可以采用鉆模的方式進行鉆削加工。

（3）窗口加工。線切割加工是比較理想的加工方法。它的好處是工件不會受切削力和熱變形的影響，且由于工件的窗口為偶數等分，在一次加工過程中可同時完成相對稱的兩個的兩個窗口的加工，減少了加工次數。利用專用的工裝夾具來實現工件的裝夾和等分角度的轉換（如圖6所示）。

二、刀具材料、切削用量和切削液的選擇

1.刀具材料選擇。由于工件的材料為1Cr17Ni2不銹鋼，屬馬氏體不銹鋼，1Cr17Ni2是馬氏體不銹鋼中強度與韌性搭配較好的一種鋼種，雖其強度、硬度不高，但韌性大、熱強度高、導熱系數低.切削時塑性變形大、加工硬化嚴重、切削熱也大；加之散熱困難，造成刀尖處切削溫度高，切屑對刃口粘附嚴重，容易產生積屑瘤，既加劇刀具的磨損又影響加工表面粗糙度；由于切屑不易卷曲和折斷，也會損傷已加工表面，影響工件的質量，因此，對刀具材料提出了強度、導熱性和耐磨性的較高要求。在粗車工序中刀具材料應選用強度高、導熱性好的硬質合金刀具。常用的硬質合金材料有：鎢鈷類（YG6、YG8N）、通用類（YW2）等。YG類強度較高、韌性較好、導熱系數較大、刃磨性、抗粘結性也較好。而YW2牌號具有一定的強度和較好的紅硬性及耐磨性，可用較高的切削速度對不銹鋼進行粗加工，但經濟性不如YG類。

因經過熱處理加工后工件的硬度較高（HRC38～42），同時在精加工中為了使工件能達到精度要求，刀具的材料應選用高硬度，且耐熱性和耐磨性好的材料，如高性能高速鋼（俗稱超硬高速鋼），硬度為HRC67～68，其牌號有：95W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3、100W6Mo5C

r4V2o等；硬質合金（YW1），硬度HRC79。它們都具有很高的耐熱性和耐磨性。還有陶瓷、CBN（立方氮化硼）等刀具材料都有很好的性能，但價格較貴，且都只適用于干切削。

2.刀具參數的確定。合理選擇刀具參數，對提高刀具的耐用度和工件的加工質量非常重要。在粗車時，因切削力比較大，主要考慮的是刀具的強度和耐用度，在不降低刀具強度的條件下，可適當把前、后角取的大一些，取前角γ。=10°～20°，還可以在主切削刃上負倒棱來增加刀頭強度，以提高刀具的耐磨能性，后角α=6°～8°。因不銹鋼在加工時的硬化傾向性強，若主

偏角過大易產生振動，會使加工硬化嚴重。因此，粗車時可主偏角kr=75°～80°，以減小徑向力。而在精車時，由于切削量少，主要考慮的是刀具的耐熱性、耐磨性，一般取較大前角，但由于工件熱處理后的硬度較高，應取γ。=0°～3°，α=8°～10，kr=90°。

韌性、塑性大是不銹鋼的特性，加工時切屑對刀具的粘附性強，容易產生積屑瘤，因此刀具的前、后刀面及刃口要有較小的表面粗糙度，減小切削阻力、降低切屑的粘附性。不銹鋼的特性也造成切削時的斷屑困難，所以應在車刀上磨有卷屑槽，卷屑槽前寬后窄，前深后淺與前刀面成2°～4°的夾角，且相對于切削刃成3°～5°，卷屑槽的寬度和半徑R可根椐工件直徑在3～5mm內選取，工件直徑小取較小值，反之取較大值[4]。

3.切削用量的選擇。切削用量的合理選擇也十分重要，切削用量中對刀具耐用度的影響的是最大切削速度，進給量次之，吃刀深度最小。因此，粗車時可適當增大切削深度和降低切削速度，且由于不銹鋼的性能特點，加工時應選用比普通碳素鋼較低的切削用量。粗車時，可取切削速度V=35～70m/min，進給量f=0.2～0.6mm/r，切削深度αp=2～6mm；精車時，由于切削深度小，切削速度可以高些，取V=90～100m/min，f=0.07～0.2mm/r，αp=0.2～0.8mm。

4.切削液的選擇。由于不銹鋼的切削加工性較差，要求冷卻潤滑液具有較高的冷卻性能、潤滑性能和滲透性。粗加工時，可選用冷卻性能較好的切削液：如極壓乳化油、硫化極壓乳化油等，精加工時可選用潤滑性能較好的切削液：如硫化油+煤油、礦物油+煤油等：具有一定的冷卻性能和潤滑性能，以上的零件加工工藝只是根椐本人在機械加工實踐中的經驗和知識所作的分析，僅供參考。

三、結束語

目前，不銹鋼在我們的生活中的用途越來越廣泛，由于不銹鋼的種類繁多，各種不銹鋼材料的成分及特性也各有差異，因此，在加工中應合理選擇適合其持性的加工工藝方法、刀具材料及幾何參數等方面的要素，以期達到加工的最佳果，從而提高產品的質量。

參考文獻：

[1]趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊[M].第3版.上海科學技術出版社，1990.

[2]郭寶杰.車削薄壁零件實例分析[J].職業，2009，（12）：128.

[3]韓紅.超硬車削加工技術探討[J].今日科苑，2009，（8）：61.

[4]楊慧娟.加工不銹鋼的外圓車刀[J].機械工人（冷加工），2004，（12）：32.

作者簡介：劉兆華（1960-），男，廣東番禺人，廣東技術師范學院工業實訓中心助理實驗師，研究方向：機械制造工藝。