在近代工业尤其是石油、化工工业中,广泛地应用着各种类型的不锈钢。这类钢钻孔时存在的问题,突出的有:(1)不容易断屑;(2)钻头耐用度低;(3)生产效率低。而且这几个问题又互相关联着。过去,在生产中处理这类问题时,常遇到以下几种不同的处置方式和造成的后果:
(1)为了避免钻头磨损太快,把切削用量(尤其是进给量)选得很低。但是,这样不仅直接降低了生产效率,而且由于切削层薄,不利于断屑,从而影响到冷却效果。实际上未能起到提高钻头耐用度的作用。
(2)为了不使钻孔效率过低,切削用量(尤其是切削速度)选得较高。这样不仅直接降低了钻头的耐用度,而且还由于磨损加剧,刃磨次数增多,因而也起不到提高生产率的作用。 由此可见,如何处理好耐用度、生产效率与断屑、排屑之间错综复杂的关系,便成了钻不锈钢时极待解决的一项重要问题。 二、不锈钢的特点
不锈钢的种类很多,常用的基本上可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等三类,其他还有奥氏体+铁素体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等。 (一)马氏体不锈钢
这类钢如1Cr13~4Cr13等,含铬12~19%,含碳0.1~0.5%,能够抗大气腐蚀,且具有较好的机械性能。马氏体不锈钢经调质处理后,硬度略有提高,通常使其HRC≤28。它的切削加工性比退火状态的不锈钢有所改善,淬火后还能提高其耐腐蚀性。但若提高其硬度使高于HRC30,则对刀具的磨损影响较大。 (二)铁素体不锈耐酸钢
这类钢如1Cr17Ti,Cr25Ti等,含铬13~30%,含碳<0.25%。因为它比马氏体钢的含铬量要高,无论怎样加热和冷却都不发生相变,故热处理不能强化,但变形可使其强化。在钢中加入钛,可以防止晶粒长大。其切削加工性较马氏体不锈钢差一些。向各类不锈钢中加入硫、磷、硒等元素,可以改善其切削加工性,使切屑容易切离和折断,但却相应地降低钢的塑性和韧性,且将影响其耐腐蚀性能。 (三)奥氏体耐酸钢
这类钢最有代表性的为1Cr18Ni9Ti,除含铬约18%外,还含有镍9%左右。它的特点是: (1)综合机械性能高除有与中碳钢相近的机械强度外,且其塑性、韧性都较高。因此,钻头在切削这类钢时,形成切屑要消耗很大的能量,这说明切削负荷很大。特别是它的高温强度大,硬度高,在切削过程中,切屑切离时的负荷大,且不易折断,钻削1Cr18Ni9Ti的切削力,在相同的切削用量下,通常比钻45钢的大10~30%。它的冷作强化趋势很强烈,
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强化系数高。如在冷挤压中,当冷挤压量达40%时,强度极限(%)将由60公斤力/毫米2升高到120公斤力/毫米2,屈服极限将由25公斤力/毫米2增加到100公斤力/毫米2。在切削状态下,加工硬化层大都在0.1~0.2毫米范围内,而表面显微硬度有显著地提高。 (2)导热性差它的导热率只有碳素钢的1/3~1/4。切削时除一部分切削热由切屑带走外,相当多的热量则来不及从工件传导出去,从而集中在钻头的刃口处,加大了切削刃的热负荷。 (3)对其他金属材料的粘附亲和性强在一定的高温、高压作用下,易与刀具表面产生粘附现象,而形成积屑瘤。在奥氏体不锈钢的组织中,还存在着少量的碳化钛微粒,也会加剧刀具的磨损。
(4)线膨胀系数较大比中碳钢的大30~40%。 三、钻不锈钢群钻的特点和使用
在钻孔中经常遇到的不锈钢为1Cr18Ni9Ti,根据钻削加工性分级(见表5-2),其分级指标为4、6、7、2。可见,这种钢的主要问题是塑性大,韧性高,切屑不易折断,常缠绕在钻头上,既不安全,又影响到生产效率的提高;而且使切削液很难流入孔内,加之导热慢,从而降低了钻头的耐用度。由于导热率低这个因素不能改变,因此断屑问题成了主要问题。只要断屑可靠,排屑顺利,能使切削液的作用发挥得比较充分,即有可能适当加大一些进给量,以保证达到预期的生产效率,并使刃口有可能避开切削冷硬层,进一步提高切削刃的耐用度。 钻不锈钢的钻型如图5-3和表5-9所示。用它钻不锈钢时,切屑长100毫米左右,呈礼花状,如图5-4所示。切屑从孔中顺利排出,切削液也能顺利地向孔内流入,工作安全可靠。
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关于的使用特述如下: (1)“礼花”形成和排5-4所示型与基本较可以看点是尖浅,圆弧边分屑槽点的刀尖εγ≥150°,屑方面处而不分的态;使B出宽的卷
用这种过渡的不稳定性,以达到断屑目的。
状切屑的出 以图的这种钻型群钻比出,其不同高,圆弧刃半径大,单也浅,B、B′角均较大,使B′点在分于时分时“临界”状点处有时屑,有时则这种钻头点简单叙
能将切屑撕裂断开。“礼花”状切屑是属于长螺距带状屑与短螺距的螺卷屑的过渡型。正是利
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图5―5a所示状态,此时外侧侧段出卷屑。随半径逐渐加大长,在钻头刃沟用下,二者向一切屑的撕裂作
B′点处于分屑段出直屑,内着卷屑的卷曲和直屑逐渐加槽和孔壁的作起靠拢,两股用减弱,直至
不能分屑,如图5-5b所示。合并后的宽屑把原来内侧段形成的窄卷屑卷在里边,且连同外侧段的直屑一起巷曲,但是原已形成的直屑是向上窜的,它阻止了宽屑的卷曲,于是,当宽屑卷曲一周左右时,便将原外侧段切出的直屑从直屑和卷屑的交接处横向斜拧而折断,如图5-5c。剩下来的宽屑,由于内刃处前角最小,切屑变形最大,切屑呈撕裂状态,而且圆弧刃部分的切屑抗断能力差,容易被撕裂,于是宽屑从芯部开始向外撕裂,如图5-5d所示,一直撕到B′点处。由于内外两段切屑的流向、流速及卷曲
程度均不同,又和图5-5a一样,切屑又分成了平直的和卷曲的两股。这就是礼花状切屑形成的全过程。
由上可见,要形成这种切屑的关键是:第一,使分屑点B′处于临界分屑状态,即一般是分屑状态,但当分开的切屑在流出中有会合趋势时,就可以转化为不分屑状态。外刃的单边分屑槽应该磨得比较浅,最好是在刃口的后刀面由沟背转点向刃口方向磨,当磨到刃口处,再用油石将刃口稍为鐾低一点即可。第二,要适当加大尖高(h≈0.05d~0.07d)和圆弧半径(R=0.2d),圆弧刃比较浅,从而使B点的刃尖角εγ≥150°,以减弱该点处的分屑能力,且又使切屑在一定情况下形成越卷越大的螺卷状,接着,由于该处刃口主偏角的变化、切屑流出方向的趋势不同,导致切屑逐次地被撕裂开,最后又实现在B′点处分屑的目的。第三,B′
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