淺析不銹鋼的鉆削加工

米 強

（陜西航天機電環境工程設計院有限責任公司，陜西 西安710100）

0 引言

隨著加工工藝技術的不斷提高，不銹鋼材料因其良好的抗腐蝕性及耐用性等優點，在生產、生活領域得到普遍應用，且生產規模還在不斷擴展。然而，相比于一般碳鋼材料，不銹鋼的加工難度更高，且由于其使用的是鉆削加工工藝，就更進一步增加了加工的復雜性。

1 不銹鋼加工的主要技術難點

因不銹鋼材質以Fe、Cr元素為基本組成，塑性較大，導致加工過程中工件的變形程度加大，同時表面接觸摩擦力增大，進而使刀具對工件的切削力也隨之增大，長此以往將加劇刀具的磨損程度并產生振動，影響工件的加工質量及精度；其次，不銹鋼材料導熱性較差，因而加工中產熱無法及時散去，這就增加了刀具的溫升，使磨損加劇，耐用度降低；另外，不銹鋼材質的元素組成形式特殊，因而其黏附性較強，在高溫加工環境中，工件及切屑對刀具的依附能力較高，這就會增加刀具表面的加工難度，同時對刀具也有一定的磨損；此外，不銹鋼在加工過程中，其加工表面易發生冷硬現象，表面硬度增加，這就使得鉆孔或攻絲工藝較難進行。總之，由于不銹鋼加工難度較大，因而需對鉆頭的幾何參數進行優化設計，并確定合適的切削用量，從而達到降低鉆頭刀具受損程度的目的，并提高工件的加工質量。

2 不銹鋼加工鉆頭的選擇

在對不銹鋼進行鉆削加工時，所選擇的刀具形狀是決定其加工質量的重要因素之一，一般使用標準麻花鉆作為主要鉆削刀具。然而其頂角過小，且橫刃較長，因而扭矩及軸向力均較大，這就降低了鉆頭的耐用度。所以，在實際選擇標準麻花鉆時，應著重考慮鉆頭的頂角、后角、螺旋角等參數。

2．1 鉆頭的頂角

麻花鉆的頂角對鉆頭強度及耐用程度等有極大的影響。頂角值越小，則鉆頭切削刃越長，軸向力也隨之越小，進而增加了鉆頭的軸向穩定性。一般標準麻花鉆鉆頭的頂角值設計在118°～120°之間，在實際加工時，這種頂角過小，故而會加重鉆頭的磨損程度。在對鉆頭進行加工生產時，應適當地增加其頂角值，盡量在125°～130°之間，從而增加切削深度，避免帶狀切屑對刀具或工件的纏卷，還可降低不銹鋼表面的硬化程度，提高其切削性能。

2．2 鉆頭的后角

鉆頭的后角對保持鉆頭的鋒利及耐用度也有重要作用，其可通過刃磨獲得。后角值的確定需以刀具的直徑值d為參考依據，并遵循在鉆頭外緣處磨小、靠鉆芯處磨大的原則。若d≤15mm，后角可取為12°～15°；若d在15～30mm之間，后角可減小為10°～12°；d＞30mm時，后角應盡量保持在7°～8°。后角的這種刃磨可使其與切削刃前角的變化相對應，使鉆頭各位置的楔角維持平衡，不僅能提高鉆頭的韌性及耐用度，還可降低鉆頭沿軸向的直線進給運動造成刀刃工作后實際后角值減小對不銹鋼加工質量的影響。

2．3 鉆頭的螺旋角

在選擇對不銹鋼進行鉆孔的刀具時，應優先考慮螺旋角值大的鉆頭。若所加工的孔較淺，鉆頭的螺旋角應在35°～40°；若所鉆的孔較深，考慮到其潤滑冷卻的難度，應選擇比上述值小的螺旋角；當鉆孔深度是工件本身直徑的3倍以上時，應選擇螺旋角值在32°～36°的鉆頭，從而避免切削過程中切屑的堆堵。

2．4 鉆頭的刃磨及修磨

鉆頭頂角的刃磨可在通用的磨刀機上進行，但需保證刃邊長度相等；因后角的取值比頂角小很多，故其刃磨需在專用磨床上展開；而修磨棱邊時，后角需保持在6°～8°，并留約0．3mm的棱邊，從而減小棱邊與不銹鋼孔壁間的摩擦作用，降低產生的切削熱；最后，因切削中的軸向力大部分是源于橫刃的作用，因而對橫刃進行修磨可有效降低軸向力，并提高鉆頭與切削孔的對心度。對橫刃修磨可以X形或S形方式進行，如圖1所示，采用這2種修磨方式可有效減小橫刃的長度，并將修磨部分的前角由負值變為正值，從而達到降低軸向力、固定軸心的作用。

圖1 X形或S形修磨

3 不銹鋼鉆削工藝過程對其加工質量的影響

3．1 鉆頭鉆削速度

鉆削不銹鋼時切削速度對鉆頭耐用度和孔的表面粗糙度有很大影響。圖2給出了使用G型短鉆頭以不同鉆削速度加工典型奧氏體0Cr18Ni9Ti不銹鋼時其表面硬化情況。從圖中可看出，若鉆頭切削速度增加，則加工表面的硬度也將隨之增加，從而加大了切削難度及鉆頭的磨損度。因此，為提高鉆頭的切削效率及其耐用度，應盡量減小鉆削的切削速度，同時增加進給量，從而降低加工表面硬度上升的速度，保障切削的順利進行。一般情況下，切削速度控制在8～10m／min最佳，其有利于減小鉆頭的磨損并延長其使用壽命。

圖2 0Cr18Ni9Ti表面硬化情況隨鉆削速度的變化

3．2 鉆頭進給運動速度

實踐表明，不銹鋼加工中鉆頭進給運動速度的大小影響著切屑對鉆頭的纏卷程度。一般而言，切屑對鉆頭的纏卷多發生于進給量相對較低時，若鉆頭的進給量在0．083mm／r以下，則切屑較薄并呈螺旋型纏繞住鉆頭，這就嚴重影響了鉆頭對工件的加工精度，可能迫使鉆床停機以清除鉆頭表面的切屑；鉆頭的進給量大于0．11mm／r時，切屑形狀較理想，對鉆頭的纏卷較弱；若進給量在0．33mm／r以上，切屑的黏附性較大，因而會附在鉆溝的槽內或纏繞在鉆頭上，增加鉆頭的切削負擔，使其容易折斷。因此，需根據鉆孔直徑大小合理控制鉆頭的進給量，一般控制在0．12～0．2mm／r最佳。

3．3 切削液的選擇

切削液對鉆頭起到潤滑、冷卻的作用，因而切削液的選擇適合與否將直接影響到鉆頭的切削效率。針對加工難度較大的不銹鋼材料，可使用S元素含量在1%～1．5%、Cl在3%～5%之間含極壓添加劑的硫化、氯化切削液；在加工深孔時，可采用滲透性較好的水溶性切削液，考慮到水溶液的使用日期較短，可適當地提高液體的濃度，降低其摻水稀釋倍數。

4 不銹鋼工件切削時應注意的幾個問題

在對不銹鋼進行切削前，需判斷鉆頭的幾何形狀是否符合鉆孔的加工要求，兩切削刃在滿足對稱要求的前提下，一側需留出部分進給量間隙。需保證鉆頭得到正確安裝及固定，并在高速轉動狀態下觀察鉆頭尖部是否有重影。

在對不銹鋼材料進行鉆孔的過程中，應留意鉆頭主切削刃上切屑的黏附或纏繞情況，并及時清除切屑，以防其影響鉆孔的加工質量，同時應注意到冷卻液使用是否連續或對排除切屑是否有阻礙作用。另外，當鉆孔加工完成后，鉆頭開始后退，在未完全退出工件的鉆孔前，鉆頭需繼續保持轉動，以防遭到損壞，同時減小其對鉆孔加工精度的破壞。此外，應加強對鉆頭的維護保養，鉆頭的磨損程度在0．6～0．8mm時，應停止對其的使用。最后，在進行切削加工時，鉆床附近應設置安全防護措施，以防切屑亂飛對鉆床操作人員造成傷害。

5 結語

因不銹鋼的鉆削工藝相比與其他普通碳鋼材料加工而言難度更高，且其存在導熱性差、加工表面易發生硬化等問題，因而對鉆頭的磨損較嚴重，且對工件的加工質量及表面粗糙度也極為不利。所以，在對不銹鋼工件進行鉆削加工時，需根據鉆孔的直徑及精度要求，合理優化鉆頭的幾何參數值，并對切削過程中的刀具進給速度、切削速度等進行合理設定，減少切屑對鉆頭的纏繞或黏附作用，從而最大化地降低鉆頭受損程度，延長其使用時間，并提高對不銹鋼工件的鉆孔效率及保障其精度符合設計要求。

［1］張文全，韋文術．不銹鋼小深孔高速鉆削加工參數優化［J］．煤礦機械，2011（4）