数控车削不锈钢螺纹的加工方法
摘要：机床原理-工艺-技术篇:介绍了对数控切削加工的影响、数控切削不锈钢刀具的问题及解决对策以及冷却润滑液在数控切削螺纹中的微妙作用。
数控车削不锈钢螺纹的加工方法
对数控切削加工的影响
不同种类的不锈钢由于机械性能和化学成分的不同其数控切削的难度也不相同。有的不锈钢在切削加工时，很难达到满意的加工表面粗糙度;而有的不锈钢，虽容易达到要求的加工表面粗糙度，但在切削加工过程中刀具却特别容易磨损。经总结，各类不锈钢很难切削的主要原因有以下几个方面：
热强度高、韧性大对数控高速切削不适应奥氏体类不锈钢与马氏体类不锈钢其硬度和抗拉强度不高，只相当于40号钢，但延伸率、断面收缩率和冲击值却比较高。如，1Cr18Ni9Ti延伸率为40号钢的210%，这样在数控高速切削过程中就不容易被切断，切削变形时所消耗的功相当大。相对来说，不锈钢在高温下的强度降低较少，如45号钢在500°时其持久强度为7kg/mM2，而1Cr18Ni9Ti在550°时其持久强度仍保持在19～24kg/mM2。实践证明，在相同切削温度的作用下，不锈钢切削比普通碳素钢难加工，其热强度高是一个极其重要的因素。
加工硬化趋势强对数控车削不利在数控高速车削的过程中，由于刀尖对工件材料挤压的结果使切削区的金属产生变形，晶内发生滑移，晶格畸变，组织致密，机械性能也随着发生变化，一般切削硬度也能增加2～3倍。数控切削后加工硬化层深度可以从几十微米到几百微米不等，因此前一次走刀所产生的加工硬化现象又妨碍了下一次走刀时的切削，并且加工硬化层的高硬度导致刀具特别容易磨损。
切屑的粘附性强、导热差对数控切削有影响在数控切削过程中，切削碎屑很容易牢固地粘附或熔着在刀尖和刀刃上，形成积屑瘤，造成工件加工表面的表面粗糙度恶化，同时增加切削过程中的振动，加速刀具磨损。而且大量的切削热无法及时传导出来，甚至切削产生的热量也无法传导到切屑的整体上，造成传入刀具总热量比普通碳素钢多3～5倍，使切削刃在高温下失去切削性能。在数控切削过程中，所产生的大量热能未能迅速排出，必然会传递给刀具，使切削部位温度升高。同时由于排屑比较困难，尤其是不断屑，使被切削下来的切屑产生挤塞，特别是加工内孔，切屑挤塞更加严重。另外，刀具因受螺纹截面形状的限制，再加之本身强度较差，加工中容易产生振动，刀尖很容易在切削过程中由于局部温度过高而烧坏或因振动太大而崩裂。
数控切削不锈钢刀具的问题及解决对策
数控切削后螺纹表面粗糙度太差鱼鳞斑状波纹及啃刀现象是不锈钢螺纹车削中最常遇到的现象，产生这些现象的原因有：(1)螺纹车刀两侧刃后角太小，两侧刃与后面的螺纹表面相摩擦使加工表面恶化，加工时必须考虑螺纹旋转角对两侧刃实际后角的影响。(2)螺纹车刀的前角太小，刃口不够锋利，切屑不能顺利地被切断，而是部分地被挤压或撕裂下来，必定造成螺纹表面非常粗糙。当前角太大时，刀刃强度削弱且容易磨损、崩裂、扎刀，更容易引起振动而使螺纹表面产生波纹。因此，应根据不锈钢的不同材质选择适当的前角。车削耐浓硫酸用不锈钢螺纹时，应比车削2Cr13不锈钢螺纹采用较小的前角，车刀两侧切削刃上应带有很窄的刃带以避免刃口迅速被磨损。切削2Cr13、1Cr17、4Cr13时，切削刃应尽可能锋利，否则就不容易达到所需的良好的表面粗糙度。(3)螺纹刀刀片磨钝，实际上的前角、后角由大变小，切屑在形成过程中挤压严重，使切削过程中切削力增加振动加剧，加工表面恶化严重。因此，车削不锈钢螺纹时，必须随时保持刀刃的锋利，及时更换刀头。(4)螺纹车刀固定不牢、刀头伸出过长、刀杆刚性不够，或者是机床精度差、主轴松动、刀架部分松动等因素都会引起振动，使螺纹表面产生波纹。因此，在操作时必须注意操作机床、刀具及工件，使系统有足够的刚性。安装车刀时，除了保证安装牢固、不能有任何松动以外，车刀刀尖应略高于工件中心0.2～0.5mm，绝不能低于中心，以免扎刀。(5)车削螺纹时应避免采用直进法，由于左右两侧的切屑接触长度长，容易产生振动，使刀尖承受的负荷加大，引起振动和增加排屑时的阻力，把加工表面划伤。因此，对于不锈钢螺纹的加工最好选用交叉式车削螺纹的方法。这种方法采用交替侧向进给，尤其对于大螺距螺纹、粘性材料的切削，是解决振动问题的最有效措施。由于左右交叉使用切削刃，故磨损均匀，还能延长刀具的使用寿命。(6)数控切削螺纹的过程中切削用量的匹配程度直接影响加工的效率。切削量过小将会使刀具加剧磨损，过大则将使刀具产生崩碎，因此进刀数和每刀进给量会对车削螺纹产生决定性的影响。为了获得最佳刀具寿命，工件直径不应大于螺纹大径0.14mm，应当避免少于0.05mm的每刀进给量。加工的总切削量应设定在0.1mm左右，第一次的切深应是刀尖半径(R)的150～200%，最大不能超过0.5mm，对于奥氏体不锈钢应避免少于0.08mm的每刀进给量，内螺纹用刀尖半径小的普通刃刀片，随着刀深的缩小切削次数可能相应地增加。
数控切削后螺纹尺寸不稳定螺纹加工后，用螺纹环规测量外螺纹“通端”进不去或者出现前后松紧不一致以及“止端”部分通过等现象。
产生这些弊病的原因：
(1)螺纹牙形不对。即使螺纹中径已经达到规定尺寸，螺纹环规、塞规仍可能拧不动。
(2)螺纹倒牙。用螺纹量规测量时，往往会出现受方向性限制的现象，也就是从一端拧过较紧，而从另一端拧过较松，甚至出现“通端”通不过而“止端”反而通过的现象。
(3)内螺纹底径车的太小，或外螺纹底径过大，也会使得螺纹规拧不进去，这是由于车刀磨损变钝，切削过程中有挤压现象，使螺纹的外径或内径挤压出毛刺的结果。
(4)车削直径较小的内螺纹时因车刀刀杆受尺寸的限制刚性较差，车削过程中容易产生“让刀”，以至四部尺寸较大造成局部超差。
(5)车削细长螺杆时，由于工件的刚性较差，车削过程中产生变形，造成螺纹上的尺寸误差。
(6)车削薄壁工件的内、外螺纹时，工件因受力和切削温度的影响，产生局部变形，也会产生螺纹的局部超差。因此，要解决“螺纹量规进不去”的问题，必须针对上述原因采取相应的措施，主要是从正确安装及工件装卡合适等方面着手。
冷却润滑液在数控切削螺纹中的微妙作用
合理地使用润滑液能改善切削条件达到事半功倍的效果。
在数控切削不锈钢螺纹时应注意：
要了解冷却润滑液的特殊要求。
(1)由于不锈钢的韧性大、切削不易被分离，故要求冷却液要有较高的冷却性能，以带走大量的热量。
(2)由于粘性大、熔着性大，在切削螺纹过程中容易产生积屑瘤，故应使冷却液具有较高的润滑性能。
(3)要求冷却液有较好的渗透性，可在切削中渗入到金属区的微细隙线中，使切屑容易断离。
(4)还要有一定的洗涤功能。
取用几种合适的冷却液
(1)硫化油具有较好的冷却性能和润滑机能，按照配制方法的不同可分为直接和间接两种。直接流化油的配方为：矿物油98%，硫2%。间接硫化油配方为：矿物油78%～80%，黑机油、植物油18%～20%，硫1.7%。
(2)F43号机油适合于作不锈钢切削的冷却润滑液，对车不锈钢螺纹效果最佳。其配方为：5号高速机油83.5%，石油磺酸钙4%，石油磷酸钡4%，氧化石油脂钡皂4%，二烷硫代磷酸锌4%，二硫化0.5%。
(3)植物油如豆油，在车削螺纹时有利于得到较好的螺纹表面粗糙度和延长刀具的使用寿命。
综上所述，无论是马氏体类不锈钢、铁素体类不锈钢还是奥氏体类不锈钢，甚至奥氏体+铁素体类不锈钢，都应根据不同的金相组织制定相应的加工方法，以达到理想的加工效果，创造更多的经济效益和社会效益。