不锈钢材料切削工艺研究

韩永武 吴铁石 安丽莎

摘  要：航空发动机中的机匣类零件种类繁多，但其主要加工材料一般分为三大类，高温合金类、钛合金类以及不锈钢类，其中高温合金零件占有比例最高，其次为钛合金类型零件，因此一般对于高温合金及钛合金类型零件的加工研究较为深入，零件加工路线及加工刀具选择等方面已经相对比较成熟，对于占一定比重的不锈钢类零件的加工，在某些方面我们尚缺乏较为成熟的路线，特别在孔加工方面明显存在刀具选择不合理加工质量不稳定等现象。

关键词：不锈钢;孔加工;刃带

中图分类号：TG506                  文献标志码：A

0 引言

航空发动机部分零件材料为不同种类的不锈钢，该类零件存在精孔加工难度大，尺寸及表面质量难以保证以及部分零件加工效率较低等瓶颈问题，为满足该类不锈钢零件的加工需求，研究分析不锈钢材料的性能特点，对零件孔加工刀具及加工方法进行全面优化，最终达到提高零件加工质量，降低零件加工成本，确保工艺安全与操作安全，制作出无偏差零部件，满足航空发动机加工材料的工艺要求，提高零件加工效率的目的。

1 研究目标

1.1 研究背景

当零件批量较大或孔数量较多时，用合金钻头对不锈钢零件进行钻孔加工，零件加工质量非常不稳定，极易出现刀具崩刃情况，孔因为刀具崩刃而产生超差的比例非常高，所以当零件孔数量较多时，现在的加工方法为用M42材质刀具进行加工，以牺牲一部分的加工效率来保证零件加工的稳定性。新技术的采用，就可以提升施工效率，降低原材料消耗，提升零件加工的施工质量，满足航空发动机的要求。

1.2 技术指标

（1）提升零件精孔加工质量，保证孔的加工要求。

（2）提升零件钻孔加工效率，降低零件刀具成本。

2 方案分析

2.1 刀具分析

2.1.1 刀具锋角大小的选择

锋角小：轴向抗力下降、扭矩增大、切削刃长增长、切削厚度变浅、切削厚度变薄、稳定性增强。

锋角大：轴向抗力增加、扭矩减小、切削刃长减短、切削厚度变深、切削厚度变厚、稳定性降低。

结论：零件钻削时，当切削扭矩增大时，会导致切削温度升高，材料硬化，反过来会进一步增大扭矩，加快刀具磨损，因此不锈钢材料钻孔时，应选取锋角偏大类型的钻头。钻头的使用不是绝对的，要根据现场情况、材质情况进行适时调整，保证施工的连续性与稳定性，提升工艺效率，减低钻头的消耗。

2.1.2 后角大小的选择

后角小：切削刃强度增加、可实现高速进给、和被切削材料的摩擦大、轴向抗力及切削扭矩增加、后面易发生磨损。

后角大：切削性能提高、抑制切削时的发热、最适于抑制切削硬化、与被切削材料的摩擦小、抑制后面的磨耗、切削刃强度差。

结论：不锈钢由于材料自身硬度相对较低，材料黏度高，选取后角较大的钻头，可有效降低切削热量，从而抑制材料加工硬化，能有效减少后刀面磨损，降低刀具崩刃及打刀风险，综合考虑切削刃强度，应选择后角偏大的钻头。同样，钻头的选择也不是一成不变的，操作人员需要根据现场情况来及时更换。

2.1.3 螺旋角大小的选择

螺旋角小：前角减小、切削性能减弱、切削刃强度增大、切屑排除线路短、切屑导向效果差。

螺旋角大：前角增大、切削性能增强、切削刃强度降低、切屑排除线路长、切屑导向效果好。

结论：钻头螺旋角越大，则其前角越大，相对应刃口越锋利，但钻头本身及刃口强度都会下降，因此加工不锈钢时应选用比一般螺旋角角度略大一点的钻头较为合适，也更利于排屑 。

2.1.4 刃带宽度大小的选择

刃带宽：强度增大、切削稳定性增强、切削摩擦力增大、与孔壁黏连概率增大。

刃带窄：强度减小、切削稳定性降低、切削摩擦力减小、切削阻力减小、与孔壁黏连概率减小。

结论：钻头刃带越宽，钻头强度越高，但刃带与孔壁接触面越大，相应摩擦力越大，遇到不锈钢类黏性材料时，容易与孔壁黏连，因此加工不锈钢类零件时，在保证刀具强度的同时应尽量减小刃带宽度 。

3 试验验证

3.1 刀具选型（表1）

3.2 切削试验

选取材料牌号为1Cr12Ni3MoVN试件，钻孔深度约为25 mm，见表2。

4 结语

经过实验对比，不锈钢类材料零件的孔加工钻头的选用应遵循以下规则：

（1）钻头锋角大小的选择：应以锋角偏大为益，搭配以锋角适中的钻头。

（2）螺旋角大小的选择：应在保证钻头整体强度的同时，选择螺旋角偏大的钻头，在技术人员的指导下，准备一些螺旋角适中的钻头，以备不时之需。

（3）加工时尽量选择带有专用断屑槽的钻头，保证韧性材料的有效断屑，且刀具材料应该有足够的韧性。这种钻头应合理使用，严格按照操作规程来使用，不能过度使用，防止降低鉆头的使用寿命。

参考文献

[1]何霞.影响不锈钢材料切削加工的因素及改善措施[J].科学咨询（科技·管理），2014（10）：117.

[2]李翊.双相不锈钢长轴切削工艺的研究[J].机械制造，2012（10）：134.