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        不銹鋼薄板鉆孔操作技巧

        2014-12-02 01:35:48南車株洲電力機車有限公司湖南412001彭章祝
        金屬加工(冷加工) 2014年21期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼板刃口奧氏體

        南車株洲電力機車有限公司(湖南 412001)梁 濤 彭章祝

        隨著AMAP地鐵項目開工的臨近,車體的各種設(shè)計方案信息不斷傳來,其中就包括車體鉆孔的問題。車間員工進行試鉆后很快反映普通鉆頭和合金鋼鉆頭有鉆不進、容易折斷和刃口燒損等問題,在報廢了10余根各種型號的鉆頭后,3 mm奧氏體不銹鋼板上僅鉆出了兩個孔。因此鉆孔成為該項目開工前準備工作必須攻克的難點。

        1.鉆孔的難點

        通過查閱各種相關(guān)資料,我們了解到奧氏體不銹鋼的切削加工性比碳鋼差很多,以45鋼的切削加工性作為基數(shù),奧氏體不銹鋼的切削加工性能僅達到45鋼的40%。其在加工過程中有如下不利于切削加工的特點:

        (1)加工硬化嚴重:因為不銹鋼的塑性大,塑性變形時晶格歪扭,強化系數(shù)很大,且奧氏體不夠穩(wěn)定,在切削應(yīng)力的作用下,部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下,易于分解呈彌散分布,使切削加工時產(chǎn)生硬化層。前一次進給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴重影響后續(xù)工序的順利進行。

        (2)需要的切削力大:不銹鋼在切削過程中存在塑性變形,尤其是奧氏體不銹鋼,其伸長率超過45鋼的1.5倍,使需要的切削力增加。同時不銹鋼的加工硬化嚴重,熱強度高,進一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折斷也比較困難。

        (3)切削溫度高:切削時塑性變形及不銹鋼與刀具間的摩擦力都很大,產(chǎn)生的切削熱多;加上不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為45鋼的1/2~1/4,大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀-屑接觸的界面上,散熱條件差。

        (4)刀具易磨損:切削不銹鋼過程中的親和作用,使刀具和切屑之間產(chǎn)生粘結(jié)、擴散,從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴散磨損,致使刀具的前刀面產(chǎn)生月牙洼,切削刃還會形成微小的剝落和缺口;加上不銹鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削時直接與刀具接觸、摩擦,擦傷刀具,還有加工硬化現(xiàn)象,均會使刀具磨損加劇。

        (5)切屑不易折斷、易粘結(jié):不銹鋼的塑性和韌性都很大,加工時切屑連綿不斷,不僅影響操作的順利進行,切屑還會擠傷已加工表面。在高溫和高壓下,不銹鋼與其他金屬的親和性強,易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象,并形成積屑瘤,既加劇刀具磨損,又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象,使已加工表面惡化。

        2.工藝驗證和問題分析

        為更深一步了解不銹鋼在鉆孔過程中可能遇到的問題,我們進行了工藝試驗??紤]到以后生產(chǎn)中工具的通用性,選擇了車間目前常用的工具和刃具進行對比驗證。通過搜集資料,得知醬油、醋和硫化類切削液在不銹鋼鉆孔時能起到良好的冷卻效果,本試驗我們選擇了具有良好冷卻和潤滑作用的槍鉆油。

        (1)氣動鉆孔工具試驗:試驗選擇了兩種規(guī)格的氣動手鉆,性能差異如表1所示。試驗板料為3 mm厚的301奧氏體不銹鋼板。

        首先使用WD-216-2型氣動手鉆鉆孔(見圖1),切削液采用蘸取的方式操作。如圖2所示,在表面鉆出一個深度約1 mm的小凹坑后即無法再鉆入;用風(fēng)動銑刀銑去表層,再次試鉆后發(fā)現(xiàn)仍只能鉆進一點即無法鉆入。檢查時發(fā)現(xiàn)鉆頭刃口變鈍且表面呈現(xiàn)黃色。

        圖1 WD-216-2型氣動手鉆

        使用WD-218氣動手鉆,在第一個孔成功鉆穿后,發(fā)現(xiàn)第二個孔即鉆不進,此時鉆削過程中切屑呈粉狀,檢查發(fā)現(xiàn)鉆頭刃口變鈍且表面呈黃中帶藍。檢查第一個孔,背面帶有毛刺。

        通過對比試驗可以看到以下現(xiàn)象:①WD-216-2型氣動手鉆由于鉆速高,在鉆削時鉆頭溫度迅速上升,導(dǎo)致鉆頭很快燒壞并變鈍,同時鋼板在高轉(zhuǎn)速摩擦作用下產(chǎn)生了切削硬化現(xiàn)象。②WD-218氣動風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速慢些,鋼板未產(chǎn)生切削硬化現(xiàn)象,但在連續(xù)鉆削進給的操作下使刃口磨損變鈍;刃口變鈍后使摩擦增大,又促使溫度更快上升,導(dǎo)致鉆頭燒壞。

        通過上述工藝試驗,我們認為轉(zhuǎn)速慢的鉆孔工具更適合鉆不銹鋼,由于鉆速低,可有效地避免加工硬化,降低溫度上升速度。

        (2)電動鉆孔工具試驗:鉆孔工具選擇了磁座鉆和有調(diào)速功能的電動手槍鉆(見表2)。試驗板料為厚度5 mm的301不銹鋼板。

        用磁座鉆鉆孔時,首先采用了連續(xù)進給方法,邊鉆邊刷槍鉆油,發(fā)現(xiàn)鉆完一個孔后第二個孔就鉆不進了,此時鉆頭刃口已經(jīng)變鈍但無燒損;如圖3所示,鉆削時產(chǎn)生的切屑成螺旋狀。這說明磁座鉆功率大,能很好地克服切削阻力,槍鉆油冷卻效果良好。隨后我們采用了斷續(xù)鉆削的方式,即在鉆削進給時每隔3~5 s停鉆或退刀一次,保證良好的斷屑和排屑,同時邊鉆邊刷槍鉆油,連續(xù)鉆了3個孔后檢查鉆頭發(fā)現(xiàn)刃口仍然良好。隨后為了驗證操作方法的可行性,安排人不斷地驗證,鉆到第40個孔時鉆頭出現(xiàn)刃口變鈍。

        圖2 鉆出的凹坑

        圖3 手電鉆鉆削

        表1 氣動鉆孔工具和刃具

        表2 電動鉆孔工具和刃具

        手電鉆為無級調(diào)速,有A擋~F擋可供選擇,其中A擋最慢,F(xiàn)擋最快;參照磁座鉆的經(jīng)驗,選擇了B擋和C擋進行鉆削;連續(xù)鉆削時遇到了與磁座鉆同樣的問題,后采用斷續(xù)鉆削的方式取得了同樣的效果。此時槍鉆油冷卻采用蘸取的方式操作。

        通過兩次工藝試驗和對比,我們歸納出了以下經(jīng)驗:①電動鉆具比風(fēng)動鉆具控制轉(zhuǎn)速更靈活,切削力更大;低轉(zhuǎn)速避免了加工硬化,減緩了切削溫度上升速度。②鉆孔時保持良好的冷卻是必要的,此次使用的槍鉆油達到了冷卻和降低粘刀的要求。③斷續(xù)鉆削和退刀的操作使切屑折斷和排屑更快,避免因粘刀使刃口磨損。④與連續(xù)鉆削相比,降低轉(zhuǎn)速和斷續(xù)鉆削的操作因為避免了鉆刃折斷和刃口磨損,使工作效率得到提高。

        3.操作方案確定

        通過工藝試驗的反復(fù)驗證和歸納分析,總結(jié)出了不銹鋼板手工鉆孔的操作方案:

        (1)盡量選用操作方便的電鉆,因為其在低轉(zhuǎn)速下提供的切削力比風(fēng)鉆大得多,無級調(diào)速方便,操作者根據(jù)情況選擇合適的轉(zhuǎn)速,反轉(zhuǎn)功能有利于卡鉆時退刀,避免鉆頭折斷。

        (2)不銹鋼板表面光滑,起鉆時應(yīng)首先打上樣沖眼,其直徑要大于鉆頭的切削橫刃,在低轉(zhuǎn)速下采用點動方式鉆進,等主切削刃全部進入板料表面后,才可進行連續(xù)鉆削。這樣可防止小直徑鉆頭在起鉆時出現(xiàn)折斷或鉆偏。

        (3)完成起鉆后,在鉆進的過程中,應(yīng)采用斷續(xù)鉆削的方法,即鉆削進給時每隔3~6 s停鉆1 s或退刀一次。鉆底孔時小直徑鉆頭時間間隔應(yīng)短,大直徑鉆頭擴孔時間間隔可長些。

        (4)鉆削時進給力應(yīng)適當,以鉆削過程中產(chǎn)生的切屑成螺旋狀或片狀最佳。

        (5)鉆削過程中要不斷用槍鉆油對鉆頭刃口進行冷卻,始終保持孔內(nèi)呈濕潤狀態(tài),避免溫度過高燒壞鉆頭刃口,如果鉆削時孔內(nèi)冒出煙霧則說明溫度已經(jīng)很高了,要及時停下對孔和鉆頭刃口進行冷卻。

        (6)板料快鉆穿時采用點動方式完成切削,進給力要小,這樣做可有效防止卡鉆和孔背面因為鋼材塑性變形產(chǎn)生很難清除的毛刺。為方便觀察,鉆孔工具上最好安裝鉆孔深度測量桿。

        (7)鉆頭刃口修磨后其頂角應(yīng)保證在120°~140°之間,修磨橫刃時要保證刃口在鉆頭處沒有負前角,對于直徑大于8 mm的鉆頭建議開分屑槽,這樣有利于排屑,但加工出的分屑槽位置必須正確。

        4.效益對比

        為確認此次試驗所達到的改善效益,安排兩組人員在4 mm板301奧氏體不銹鋼板上鉆30個φ11 mm的孔來進行對比試驗。操作過程為:先用φ5 mm鉆頭鉆削底孔,再用φ9 mm和φ11 mm鉆頭進行擴孔。通過試驗對比取得如下效益(見表3)。

        表3 效益對比試驗結(jié)果

        5.結(jié)語

        工藝試驗從工具、刃具、切削溫度控制、轉(zhuǎn)速選擇和鉆進方式五個方面入手,克服了不銹鋼材料的特性給鉆孔帶來的不利影響。電動手槍鉆在操作過程中靈活輕便,能夠解決車體上各空間位置鉆孔問題,磁座鉆能夠解決車體上空調(diào)安裝座等大直徑孔鉆削的問題。試驗全部采用了車間已有的工具和耗材,具有通用性,為項目的準備工作節(jié)約了采購經(jīng)費;其成果在以后的生產(chǎn)中將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。

        專家點評

        本文根據(jù)不銹鋼材料本身的理化特性,分析了造成不銹鋼鉆孔加工難的原因,從鉆孔工具和鉆頭材料選擇兩個方面分析了解決該問題的措施,摸索了一套可行的不銹鋼鉆孔的操作方法,對AMAP項目不銹鋼鉆孔具有較好的指導(dǎo)意義。

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