不銹鋼螺紋切削的解決辦法
螺紋是機(jī)械工程中常見的幾何特征之一, 應(yīng)用廣泛。螺紋的加工工藝較多, 如基于塑性變形的滾絲與搓絲, 基于切削加工的車削、銑削、攻螺紋與套螺紋、螺紋磨削、螺紋研磨等。不同種類的不銹鋼由于機(jī)械性能和化學(xué)成分的不同,其數(shù)控切削的難度也不相同。有的不銹鋼在切削加工時(shí),很難達(dá)到滿意的加工表面粗糙度;而有的不銹鋼,雖容易達(dá)到要求的加工表面粗糙度,但在切削加工過程中刀具卻特別容易磨損。經(jīng)總結(jié),各類不銹鋼很難切削的主要原因有以下幾個(gè)方面:
1 熱強(qiáng)度高、韌性大
奧氏體類不銹鋼與馬氏體類不銹鋼其硬度和抗拉強(qiáng)度不高,只相當(dāng)于40號(hào)鋼,但延伸率、斷面收縮率和沖擊值卻比較高,這樣在數(shù)控高速切削過程中就不容易被切斷,切削變形時(shí)所消耗的功相當(dāng)大。相對(duì)來說,不銹鋼在高溫下的強(qiáng)度降低較少,如45號(hào)鋼在500度時(shí)其持久強(qiáng)度為7kg/mm2,而1Cr18Ni9Ti在550度時(shí)其持久強(qiáng)度仍保持在19——24kg/mm2。實(shí)踐證明,在相同切削溫度的作用下,不銹鋼切削比普通碳素鋼難加工,其熱強(qiáng)度高是一個(gè)極其重要的因素。
2 加工硬化趨勢(shì)強(qiáng)
在數(shù)控高速車削的過程中,由于刀尖對(duì)工件材料擠壓的結(jié)果使切削區(qū)的金屬產(chǎn)生變形,晶內(nèi)發(fā)生滑移,晶格畸變,組織致密,機(jī)械性能也隨著發(fā)生變化,一般切削硬度也能增加2——3倍。數(shù)控切削后加工硬化層深度可以從幾十微米到幾百微米不等,因此前一次走刀所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象又妨礙了下一次走刀時(shí)的切削,并且加工硬化層的高硬度導(dǎo)致刀具特別容易磨損。
3 切屑的粘附性強(qiáng)、導(dǎo)熱差
在數(shù)控切削過程中,切削碎屑很容易牢固地粘附或熔著在刀尖和刀刃上,形成積屑瘤,造成工件加工表面的表面粗糙度惡化,同時(shí)增加切削過程中的振動(dòng),加速刀具磨損。而且大量的切削熱無法及時(shí)傳導(dǎo)出來,甚至切削產(chǎn)生的熱量也無法傳導(dǎo)到切屑的整體上,造成傳入刀具總熱量比普通碳素鋼多3—5倍,使切削刃在高溫下失去切削性能。在數(shù)控切削過程中,所產(chǎn)生的大量熱能未能迅速排出,必然會(huì)傳遞給刀具,使切削部位溫度升高。同時(shí)由于排屑比較困難,尤其是不斷屑,使被切削下來的切屑產(chǎn)生擠塞,特別是加工內(nèi)孔,切屑擠塞更加嚴(yán)重。另外,刀具因受螺紋截面形狀的限制,再加之本身強(qiáng)度較差,加工中容易產(chǎn)生振動(dòng),刀尖很容易在切削過程中由于局部溫度過高而燒壞或因振動(dòng)太大而崩裂。
4 螺紋粗糙度差的原因及對(duì)策
數(shù)控切削后螺紋表面粗糙度太差,魚鱗斑狀波紋及啃刀現(xiàn)象是不銹鋼螺紋車削中最常遇到的現(xiàn)象,產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因有:
螺紋車刀兩側(cè)刃后角太小,兩側(cè)刃與后面的螺紋表面相摩擦使加工表面惡化,加工時(shí)必須考慮螺紋旋轉(zhuǎn)角對(duì)兩側(cè)刃實(shí)際后角的影響。
螺紋車刀的前角太小,刃口不夠鋒利,切屑不能順利地被切斷,而是部分地被擠壓或撕裂下來,必定造成螺紋表面非常粗糙。當(dāng)前角太大時(shí),刀刃強(qiáng)度削弱且容易磨損、崩裂、扎刀,更容易引起振動(dòng)而使螺紋表面產(chǎn)生波紋。因此,應(yīng)根據(jù)不銹鋼的不同材質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)那敖?。車削耐濃硫酸用不銹鋼螺紋時(shí),應(yīng)比車削2Cr13不銹鋼螺紋采用較小的前角,車刀兩側(cè)切削刃上應(yīng)帶有很窄的刃帶以避免刃口迅速被磨損。切削2Cr13、1Cr17、4Cr13時(shí),切削刃應(yīng)盡可能鋒利,否則就不容易達(dá)到所需的良好的表面粗糙度。
螺紋刀刀片磨鈍,實(shí)際上的前角、后角由大變小,切屑在形成過程中擠壓嚴(yán)重,使切削過程中切削力增加振動(dòng)加劇,加工表面惡化嚴(yán)重。因此,車削不銹鋼螺紋時(shí),必須隨時(shí)保持刀刃的鋒利,及時(shí)更換刀頭。
螺紋車刀固定不牢、刀頭伸出過長(zhǎng)、刀桿剛性不夠,或者是機(jī)床精度差、主軸松動(dòng)、刀架部分松動(dòng)等因素都會(huì)引起振動(dòng),使螺紋表面產(chǎn)生波紋。因此,在操作時(shí)必須注意操作機(jī)床、刀具及工件,使系統(tǒng)有足夠的剛性。安裝車刀時(shí),除了保證安裝牢固、不能有任何松動(dòng)以外,車刀刀尖應(yīng)略高于工件中心0.2——0.5mm,絕不能低于中心,以免扎刀。
車削螺紋時(shí)應(yīng)避免采用直進(jìn)法,由于左右兩側(cè)的切屑接觸長(zhǎng)度長(zhǎng),容易產(chǎn)生振動(dòng),使刀尖承受的負(fù)荷加大,引起振動(dòng)和增加排屑時(shí)的阻力,把加工表面劃傷。因此,對(duì)于不銹鋼螺紋的加工最好選用交叉式車削螺紋的方法。這種方法采用交替?zhèn)认蜻M(jìn)給,尤其對(duì)于大螺距螺紋、粘性材料的切削,是解決振動(dòng)問題的最有效措施。由于左右交叉使用切削刃,故磨損均勻,還能延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
數(shù)控切削螺紋的過程中切削用量的匹配程度直接影響加工的效率。切削量過小將會(huì)使刀具加劇磨損,過大則將使刀具產(chǎn)生崩碎,因此進(jìn)刀數(shù)和每刀進(jìn)給量會(huì)對(duì)車削螺紋產(chǎn)生決定性的影響。為了獲得最佳刀具壽命,工件直徑不應(yīng)大于螺紋大徑0.14mm,應(yīng)當(dāng)避免少于0.05mm的每刀進(jìn)給量。加工的總切削量應(yīng)設(shè)定在0.1mm左右,第一次的切深應(yīng)是刀尖半徑(R)的150—200,最大不能超過0.5mm,對(duì)于奧氏體不銹鋼應(yīng)避免少于0.08mm的每刀進(jìn)給量,內(nèi)螺紋用刀尖半徑小的普通刃刀片,隨著刀深的縮小切削次數(shù)可能相應(yīng)地增加。
5 數(shù)控加工螺紋尺寸不穩(wěn)定的原因及對(duì)策
螺紋加工后,用螺紋環(huán)規(guī)測(cè)量外螺紋“通端”進(jìn)不去或者出現(xiàn)前后松緊不一致以及“止端”部分通過等現(xiàn)象。產(chǎn)生這些弊病的原因:
螺紋牙形不對(duì)。即使螺紋中徑已經(jīng)達(dá)到規(guī)定尺寸,螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)仍可能擰不動(dòng)。
螺紋倒牙。用螺紋量規(guī)測(cè)量時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)受方向性限制的現(xiàn)象,也就是從一端擰過較緊,而從另一端擰過較松,甚至出現(xiàn)“通端”通不過而“止端”反而通過的現(xiàn)象。
內(nèi)螺紋底徑車的太小,或外螺紋底徑過大,也會(huì)使得螺紋規(guī)擰不進(jìn)去,這是由于車刀磨損變鈍,切削過程中有擠壓現(xiàn)象,使螺紋的外徑或內(nèi)徑擠壓出毛刺的結(jié)果。
車削直徑較小的內(nèi)螺紋時(shí),因車刀刀桿受尺寸的限制剛性較差,車削過程中容易產(chǎn)生“讓刀”,以至四部尺寸較大造成局部超差。
車削細(xì)長(zhǎng)螺桿時(shí),由于工件的剛性較差,車削過程中產(chǎn)生變形,造成螺紋上的尺寸誤差。
車削薄壁工件的內(nèi)、外螺紋時(shí),工件因受力和切削溫度的影響,產(chǎn)生局部變形,也會(huì)產(chǎn)生螺紋的局部超差。因此,要解決“螺紋量規(guī)進(jìn)不去”的問題,必須針對(duì)上述原因采取相應(yīng)的措施,主要是從正確安裝及工件裝卡合適等方面著手。
6 冷卻潤(rùn)滑液在數(shù)控切削螺紋中的微妙作用
合理地使用潤(rùn)滑液能改善切削條件達(dá)到事半功倍的效果。在數(shù)控切削不銹鋼螺紋時(shí)應(yīng)注意:要了解冷卻潤(rùn)滑液的特殊要求。由于不銹鋼的韌性大、切削不易被分離,故要求冷卻液要有較高的冷卻性能,以帶走大量的熱量。由于粘性大、熔著性大,在切削螺紋過程中容易產(chǎn)生積屑瘤,故應(yīng)使冷卻液具有較高的潤(rùn)滑性能。要求冷卻液有較好的滲透性,可在切削中滲入到金屬區(qū)的微細(xì)隙線中,使切屑容易斷離。還要有一定的洗滌功能。
7 推薦幾種合適的冷卻液
硫化油具有較好的冷卻性能和潤(rùn)滑機(jī)能,按照配制方法的不同可分為直接硫化油和間接硫化油兩種。直接流化油的配方為:礦物油98%,硫2%。間接硫化油配方為:礦物油78%—80%,黑機(jī)油、植物油18%—20%,硫1.7%。
F43號(hào)機(jī)油適合于作不銹鋼切削的冷卻潤(rùn)滑液,對(duì)車不銹鋼螺紋效果最佳。其配方為:5號(hào)高速機(jī)油83.5%,石油磺酸鈣4%,石油磷酸鋇4%,氧化石油脂鋇皂4%,二烷硫代磷酸鋅4%,二硫化0.5%。
植物油如豆油,在車削螺紋時(shí)有利于得到較好的螺紋表面粗糙度和延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
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