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。相對來說，不銹鋼在高溫下的強(qiáng)度降低較少，如45號鋼在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 加工硬化趨勢強(qiáng)

在數(shù)控高速車削的過程中，由于刀尖對工件材料擠壓的結(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、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)的切屑接觸長度長，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)定的原因及對策

螺紋加工后，用螺紋環(huán)規(guī)測量外螺紋“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。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 冷卻潤滑液在數(shù)控切削螺紋中的微妙作用

合理地使用潤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號機(jī)油適合于作不銹鋼切削的冷卻潤滑液，對車不銹鋼螺紋效果最佳。其配方為：5號高速機(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刀具的使用壽命。