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一種新型奧氏體不鏽鋼經濟實用型深孔鑽（zuàn）削加工技術

2018-5-7 來源：九江職業技術學院作者：張東升，牛（niú）崢，嶽珊

摘要（yào）: 奧氏體不鏽鋼因熱穩定性差、塑性大、導熱率差，易出現加工硬化、切削力大、斷屑困難、易（yì）粘刀、刀具易磨損等現象; 深孔加工因排屑散熱（rè）困難、鑽頭剛性差、冷卻潤滑困難等（děng）原因較難加工。通過製作加長鑽頭（tóu）刀杆，改善鑽頭（tóu）裝（zhuāng）夾和冷卻方式，采用三尖七刃群鑽，合理選用進（jìn）刀方式和切削用量，在普通車床上解決了單件小（xiǎo）批量奧氏體不鏽鋼的深孔加工難題，經（jīng）濟適用。

關（guān）鍵詞: 奧氏體不（bú）鏽鋼; 深孔鑽; 空心軸; 加長鑽套

某工廠需加工 1Cr18Ni9Ti 奧氏體不鏽鋼空心軸數（shù）件，零件圖如圖（tú） 1 所（suǒ）示，該工（gōng）件較細長，長度與外徑比（bǐ）為20. 69，長度與孔徑比則達 30，屬深孔加工。在零（líng）件批（pī）量較大時一（yī）般采用價格昂貴的深孔鑽專用（yòng）設備和深孔鑽加工，且（qiě）配有專用工裝夾（jiá）具，考慮到該廠（chǎng）沒有專用設備的實際情況，利用現有設備，改進鑽頭裝夾和冷（lěng）卻方式，采用三尖七刃群鑽，合理（lǐ）選（xuǎn）用進刀方式和切削用量，較好（hǎo）地解決奧氏體不鏽鋼的深孔加工（gōng）難題。

圖1 1Cr18Ni9Ti 奧氏（shì）體不鏽鋼空心軸

1 、奧氏體不鏽鋼加工特點

1Cr18Ni9Ti 奧氏體不鏽鋼由於塑性好，加工硬化嚴重、難斷屑、易（yì）粘刀（dāo）、導熱性差、切削抗力大、加工精度難控製等特點，屬難加（jiā）工材料。其切削特（tè）點如下:

(1) 加工硬化嚴重。由於 1Cr18Ni9Ti 奧氏體不鏽鋼中奧氏體不夠穩定，在切削（xuē）應力的作用（yòng）下，部分奧氏體會（huì）轉變為高硬度的馬氏體，加工硬（yìng）化層的深（shēn）度超過切削深度的 1/3，硬度比加工前增加 1. 4 ～ 2. 2 倍，加工硬化層的抗拉強度σb 高達 1470 ～ 1960MPa。

(2) 切削抗力非（fēi）常大。切削過程中因顯著的塑性變形，加上（shàng）高溫時材料的粘結性（xìng），導（dǎo）致切屑和刀頭、切屑和母（mǔ）材粘接在一起，加（jiā）劇了（le）摩擦，使（shǐ）切削抗力猛（měng）增，另有加工硬化影響，使切削抗力很大。

(3) 切削溫度高。切削（xuē）過程中切屑劇烈的塑性變形、工件與刀（dāo）具間強烈的摩擦，使形（xíng）變熱和摩擦熱轉變為大量的切削熱（rè），使得導熱（rè）係數低（dī）的不鏽鋼加工過程中產生極高的切削溫度。

(4) 切屑（xiè）難折斷。奧氏體不（bú）鏽鋼的（de）塑性大、韌性好，導致切屑難折斷，切屑纏繞在（zài）刀（dāo）具和工件上，難以清理，會（huì）刮傷已加工表麵。

(5) 刀具易磨損。在高溫、高壓下，奧氏體不鏽鋼中的合金元素與刀具中其（qí）他金屬元素的親和力強，使刀具產生粘結磨損、擴散磨損。另外（wài）奧氏體不鏽鋼中碳化物顆（kē）粒硬度很高，會與刀頭產生（shēng）強烈摩擦，加劇刀具磨損。

(6) 加工精度難控製。奧氏體不鏽鋼的線膨脹係數大，約為碳鋼的 1. 5 倍，加工時會造成工件嚴重的熱變形，難以控（kòng）製加工精度。高溫高壓下切屑易粘結在刀頭形成積屑瘤，使工件表（biǎo）麵粗糙度較大。

另外深孔加工（gōng）因排屑、冷（lěng）卻（què）、潤滑困難、鑽頭剛性差等原因，也屬於難加工項目，其特（tè）點如下:

(1) 工件加工精度低。刀（dāo）杆受孔徑（jìng）的限製（zhì），細長（zhǎng）、剛性差（chà）、強度低; 鑽孔時易彎曲變形、偏斜; 產生振動、波紋、孔口錐度（dù），造成工件孔中心線（xiàn）直線度、內（nèi）孔（kǒng）圓度、圓柱度、端麵全跳動（dòng）誤差，表麵粗糙度低。

(2) 鑽頭耐用度低。鑽頭在封閉環境中工作（zuò），冷（lěng）卻（què）液（yè）難以（yǐ）到達切削區，散熱、潤滑困難（nán），斷屑不易、排屑不暢，降低了鑽頭的耐用度。

(3) 加工過程難以把握。鑽削時切削（xuē）情況難以直接觀察，隻能（néng）憑經驗來判斷切削過程是否正常。

2 、奧（ào）氏體不鏽鋼加工方法

綜上（shàng）所述，奧氏（shì）體不鏽鋼深孔加工屬難加工項目，大批量生產條件下，一般采用（yòng）昂貴的深孔鑽床、深孔鑽頭和專用鑽孔的裝置。本廠因單件小批量生產，為節省加工成本，考慮到工廠的實際（jì）條件，擬采用普通車床加工，自製加（jiā）長鑽頭，改進冷卻（què）方法，選用合理的切削用量來加工內孔，采取的技（jì）術方案如下（xià）:

2. 1 加工前準備工作

(1) 車床和刀具準備。選用工（gōng）廠自有的（de）普通臥式車床CA6140 × 1500，準（zhǔn）備三爪自（zì）定心卡盤、跟刀架、中（zhōng）心（xīn）架、鑽夾（jiá）頭和頂尖等附件。準備 45°和 75°YG813 硬質合金偏刀、YG813 硬（yìng）質合金內孔車刀、內外螺紋車刀、中心鑽、φ30mm鑽頭 ( 磨成三尖七（qī）刃的群鑽（zuàn）) 、φ40mm 擴孔鑽和冷卻液。

(2) 改進鑽頭裝（zhuāng）夾方式和冷卻方式。在 φ30mm 鑽頭和φ40mm 擴孔鑽錐柄位置車出 Tr24 × 3mm 的外螺紋，中心位（wèi）置鑽 φ6mm 的液道（dào）孔至螺旋槽處; 在螺旋槽的位置鑽切削液出口與螺旋容屑槽相通，鑽杆安裝在夾套中，夾套安裝在車床刀架上。

(3) 刀杆（gǎn）準備。用經過（guò）滾壓（yā）的鋼管製成加長鑽頭的（de）刀杆，如圖 3，滾壓目的是提高鑽杆表麵的硬度並降低粗糙度，以免鑽孔時拉傷，鑽杆內（nèi）徑（jìng）加工成 φ29. 5mm，略小於鑽頭直徑（jìng），刀杆的長度取 650mm，略大於工件總長的一半，並進行表麵熱處理（lǐ）以提高硬度和（hé）耐磨性，一端車出 Tr24 ×3mm 的內螺紋，另一端車出 M28 × 2mm 的內螺紋與切削液管（guǎn）接頭聯接。

圖 2 鑽頭（tóu）柄部加工為螺紋

圖（tú） 3 鑽頭安裝在加長鑽杆內

2. 2 加工流程

(1) 車外圓和端麵，鑽中心孔。將工（gōng）件毛坯插入（rù）車床主軸孔內，用三爪自定心卡盤夾住右端，用（yòng） 45°外圓偏刀和中（zhōng）心鑽以 Vc = 12m/min 左（zuǒ）右的切（qiē）削速度，車端麵和鑽中心孔。鬆開（kāi）卡盤抽出工件，調頭夾左端，用頂尖支撐工件右端，安裝好跟刀架（jià），在工（gōng）件（jiàn）左端加工一段研磨跟刀架托爪的外圓，以便快速研磨托（tuō）爪。將大拖板移（yí）至車床尾部，把 75°偏刀刀尖移至托爪前 2 ～ 3mm，以 Vc = 45m/min、f = 0. 3mm/r、ap= 1. 5mm 左右的切削（xuē）用量車削工件外圓，經多（duō）次車削將（jiāng）工件外圓尺寸（cùn）車至要求。卸（xiè）下跟刀架（jià），安裝好中心架，將工件（jiàn）掉頭安裝在（zài）三爪卡盤和中心架上。用 45°偏刀車端麵，使工件總長為 1200mm，並車好餘下的外圓，鑽中心孔。再用（yòng）60°锪鑽把中（zhōng）心孔擴大，使（shǐ）大徑盡（jìn）可能超過 φ30mm，便於鑽孔時定位，避免（miǎn）把孔鑽偏。

圖4 加長鑽頭夾套

1－夾套 2－內孔 3－螺紋孔

(2) 粗加工內孔。將 φ30mm 的標準鑽頭安裝在車床尾座上，預鑽 φ30mm × 120mm 左右深的導向（xiàng）孔。將深孔加長鑽頭的刀杆裝夾在專用夾套內（nèi），如圖 4 所示，使鑽頭可在夾套內自由滑動，並伸出（chū） 300mm 左右（yòu）長度，鎖緊夾套（tào）上的螺栓，將刀杆安裝在方刀（dāo）架上。來回移動床鞍，讓加長鑽頭在預孔內反複移動數次，調整鑽杆軸心線位置確（què）保（bǎo）與工件軸心（xīn）線（xiàn）同軸。為（wéi）減少加工硬化現象發生，選取（qǔ） Vc = 12m/min、f= 0. 25mm / r 左右的切削用（yòng）量進行鑽（zuàn）孔。切削液通過管（guǎn）接頭直接流入（rù）鑽頭的容（róng）屑槽內（nèi）出液口處，直接冷卻鑽頭。每次進（jìn）給的深度達到 15mm 左（zuǒ）右時，迅速退出鑽頭排屑並清（qīng）除碎屑，進行潤滑。鑽孔（kǒng）時一（yī）定要記（jì）住大（dà）拖板刻度盤起點和終點的讀數，下次鑽孔要（yào）在上次鑽孔深度前（qián）約 1mm 處開始進給，不要等鑽頭接觸工（gōng）件後再進給（gěi），避（bì）免鑽尖在工（gōng）件表麵停（tíng）留，加劇切削表麵硬（yìng）化，造成鑽削困難，加快鑽頭磨（mó）損。加工中應經常保持鑽頭鋒利，必要時增加修磨鑽（zuàn）頭次數。

(3) 擴孔。將（jiāng） φ40mm 擴孔鑽安裝在加長鑽杆上，以 Vc= 12m / min、f = 0. 3mm / r 左右的切（qiē）削用量進行擴孔。必須（xū）充分利（lì）用大拖板刻度盤記數，方法（fǎ）同前。由於擴孔加工餘量比鑽孔時減小很多，可在每次鑽（zuàn）孔 40mm 左右，退出鑽頭排（pái）屑並（bìng）潤滑（huá）。

(4) 調頭（tóu）擴孔。在擴孔深度達到工件長度一半（bàn）後，調頭對剩下的（de）另一半孔進行擴孔，至此加工完畢。仔細測量零件尺寸（cùn）精度和表麵粗糙度，直到達到加工要求為止，然後卸下工件。

3 、結論（lùn）

采用三尖七（qī）刃的群（qún）鑽，改變鑽柄的裝夾方式、增加冷卻液通道，自製（zhì）加長鑽杆，順利加工出 1Cr18Ni9Ti 奧氏體不鏽鋼空心軸，保證了加工精度要（yào）求，降低（dī）了（le）加工成（chéng）本，節省了費用，對於此（cǐ）類不鏽鋼深孔的加工有一定的借鑒意義。

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