不锈钢细长轴的加工工艺

代志海 姜思进

铬镍不锈钢细长轴加工易弯曲并形成鼓形零件,工件加工精度及表面质量难保证,故加工不锈钢细长轴的关键工艺是控制尺寸精度、表面质量及变形。

一、铬镍不锈钢的特性

1.不锈钢(1Cr18Ni9Ti)塑性大

不锈钢(1Cr18Ni9Ti)塑性大,其伸长率超过45钢2倍以上,切削时塑性变形大,加上加工硬化大,剪切滑移区金属材料的剪切应力增大,故总的切削力增大。

2.不锈钢(1Cr18Ni9Ti)切削温度高，刀具易磨损

切削不锈钢时,切削温度比切削45钢高200℃～300℃。主要原因一是切削力大,消耗功率多；二是不锈钢的导热差,其热导率只有45钢的1/3,由切削带走的热量很少,切削热导很慢,使切削区和刀面上的温度很高,加之不锈钢材料中的高硬度碳化物(TiC)形成的硬度点对刀面的磨损以及加工硬化等原因,使刀具极易磨损。

3.容易粘刀和形成积屑瘤

因为不锈钢的塑性高,粘附性强,极易形成积屑瘤,严重影响已加工表面质量,难以得到光洁表面。

4.切屑不卷曲和折断

由于不锈钢的塑性高,韧性大且高温度强度大,切时切屑不易折断。对工人有安全隐患,故解决断屑和排屑是切削不锈钢的难题之一。

5.不锈钢的线膨胀系数大

不锈钢的线膨胀系数大(约为45钢的1.5倍),加工时热膨胀和热变形对工件加工精度产生影响。

二、不锈钢细长轴的工艺特点分析

不锈钢细长轴刚性差,变形严重。在切削过程中,工件在切削力、自重、离心力和切削热的作用下,会发生变形,严重影响加工精度,工件容易报废。并且由于行程长,刀具磨损快,表面质量难以控制。

只要降低切削力,增加工件刚性,严重控制刀具磨损,降低切削热,解决工件受热变形、刚性变形、表面粗糙度升高等问题,就可以保证不锈钢细长轴的加工精度。

三、加工不锈钢细长轴的新工艺

1.刀具材料

刀具材料应选择热硬性高、耐磨性高、抗热振动好的材料。粗加工选用硬质合金牌号YS2、YG8N、YG640、YG530、YG8A等，因为它们是耐磨性、抗振性、抗冲击性、抗热振性好的材料。精加工选用YN10、YM10、YN05等。

2.刀具几何参数

（1）前角和前刀面的选择。宜选取300～350大前角和较小负倒棱,在保证刀刃前强度的前提下又使刀刃锋利,降低切削力,减小工件加工硬化和变形。

（2）主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径的选择。根据加工不锈钢细长轴径向力小的特点,宜选用930主偏角、100～150的刃倾角和较小刀尖圆弧半径。

（3）后角和副偏角的选择。粗加工宜选取较大的后角和副偏角；精加工宜选用较小后角和副偏角。

（4）断屑槽的选择。为保证切削时良好断屑,采用先进的机夹双层刀片断屑台来断屑。刀具不需要磨断屑槽,就能解决因磨断屑槽降低刀具强度的问题,同时又充分利用刀具,减少刀具刃磨辅助工时,提高刀具利用率。断屑台位置可调整,形状呈C形。

（5）粗车刀几何角度。主偏角750，副偏角100～200，前角200～250，后角60～80，刃倾角10～40，刀尖圆弧半径0.3mm～0.5mm,负倒棱0.2mm～0.4mm。该刀具特点：前角较大,切削轻快,切削力小,减小加工硬化。较大的主偏角和刀尖圆弧半径相结合,减小径向切削力,防止工件弯曲。负倒棱与小刃倾角可提高刀尖强度。

（6）精车刀几何角度。主偏角900～930，副偏角40～60，前角250～300，后角40～60，刃倾角100～150，较小刀尖圆0.1mm～0.2mm，负倒棱0.05mm～0.15mm。后刀面磨出为0°的抗振阻力刃带。该刀具特点:大前角和小负倒棱相配合,刀刃锋利,减少工件塑性变形,大主偏角消除了径向切削力对工件的影响,较小副偏角和修光刃约为0.5mm～1mm,保证已加工表面质量。

3.切削用量

粗车时:切削速度15～20m/min,进给量0.3～0.6mm/r,背吃刀量1～2mm；由于切削力大,切削热高,宜选取较低切削速度,保证刀具耐用度,减小磨损,采用中等进给量和较大进给量,提高生产效率。

精车时:切削速度60～80m/min,进给量0.1～0.2mm/r,背吃刀量0.3mm；精车时,选取较大切削速度,克服积屑瘤的生成,保证加工表面质量,进给量不宜小于0.1mm/r,否则会加快刀具磨损；背吃刀量应大于加工硬化层,否则会切不进,也会加快刀具磨损。

4.其他辅助措施

（1）采用长方形加宽三爪跟刀架(宽度是普通跟刀架2～3倍),使工件刚性增加数倍。

（2）采用左偏刀,切削时反向走刀,使工件受轴向拉力,可有效防止工件弯曲变形。

（3）采用先进活络夹紧装置消除工件因受热膨胀所引起的弯曲变形。用该装置锁紧工件后结合左偏刀,使工件产生轴向拉力,当工件受热弯曲变形时,以消除工件的热弯曲变形。

（4）切削液采用极压乳化液。

（5）刀面均用油石修磨,降低刀面表面粗糙度。

（作者单位：秦皇岛市技师学院）