深孔加工中的常见问题

难切削材料的深孔加工、深孔钻削孔轴线偏斜和深孔加工表面出现螺旋沟都是深孔加工中难以解决的问题,直接影响深孔加工质量和加工效率。因此,研究难切削材料深孔加工技术、控制深孔钻削孔轴线偏斜技术和抑制深孔加工表面螺旋沟技术,成为深孔加工技术中最为关注的问题。多年来,通过对这些问题进行理论分析和实验研究，取得了显著的加工效果。

第一节 难切削材料的深孔加工

随着机械工业的飞速发展,具有良好的物理机械性能、抗腐性能、抗磁性能、抗高温氧化性能的特殊材料，愈来愈多地被用来进行深孔加工.它们的加工特性虽然各不相同,但都有一个共同特点，就是切削十分困难。下面将分别介绍它们切削的特性及可相应采取的工艺措施。

一、不锈钢的深孔加工

1.不锈钢的加工性质

不锈钢按其组织分为奥氏体型(如1Cr18Ni9Ti等)、奥氏体铁素体型(如1Cr18Ni11Si4AITi等)、铁素体型(如1Cr17等)、马氏体型(如1Cr13等)及沉淀硬化型(如 OCr17Ni4Nb,人们常简称PH17-4)等。

铁素体不锈钢的切削加工性与合金钢相似。马氏体不锈钢淬火后的硬度和强度都较高，切削比较困难;而未经调质处理的不锈钢精加工时,很难获得较小值的表面粗糙度。奥氏体不锈钢的相对加工性等级K,为0.15~0.5,说明该材料组织塑性大,容易产生加工硬化,导热性只有45#钢的1/3,属于不锈钢中最难切削的一种材料。沉淀硬化型不锈钢,硬度一般高达 HRC32~HRC38,强度a≥1100MPa,该材料除具有较高的机械特性,还具有奥氏体不锈钢的耐蚀性,目前在测井仪器、化工机械方面应用比较多;该材料加工时,刀具磨损快，切屑韧性大,切削难度也比较大。

2.加工奥氏体不锈钢的工艺措施

(1)选择合适的刀具材料:一般选YW1、YW2或YG8A的硬质合金材料，不宜选YT类的硬质合金,因为工件和刀具中的Ti元素之间有亲合力，会产生严重的粘刀现象，刀具磨损

严重。

• 选择合适的切削用量:一般选用v≤20m/min,f为0.01~0.07 mm/r。
• 选择合适的刀具角度:选较大前角,使切削轻快省力。

(4)选择合适的排屑方式:由于奥氏体不锈钢很不容易断屑,如果采取低转速,较深断屑台的方式都不能很好断屑的话,最好采取不断屑的相反措施，即减小进给量.适当提高转速,切出薄薄的切屑,使切屑绵长不断并顺利排出,切削十分平稳。

二、钛合金的深孔加工

钛合金材料分为3大类:TA1-TA8称为。型钛合金:TB1TB2称为β型钛合金: TC1~TC11 称为(a+β)两相钛合金。

1.钛合金的加工性质 (1)弹性模量低:钛合金的弹性模量约为钢的1/2(即108 GPa),后刀面与已加工表面之

间产生强烈摩擦,它是造成切削钛合金切削温度高的主要原因之一。

(2)单位切削力大钛合金密度r=4.51kg/cm,是一种“比强度”(强度/密度)、“比刚度”(刚度/密度)都很高的材料。切削时,刀刃与切屑的接触长度极短,因而单位切削力比

较大。

(3)化学活性大:在高温状态时,钛和空气中的O2N2,H2,CO,C0₂等气体成分产生强烈的化学反应.特别是与氧、氮产生间隙固溶体，生成一层硬度很高的硬质层,对刀具有强烈的磨损作用。

(4)亲合性大:在切削时,由于切屑与刀面之间的强烈摩擦,在高的切削温度及高的切削压力的作用下,刀具材料和工件材料中的钛元素相互亲合，产生咬合、粘刀，使刀具产生粘结磨损。

(5)导热性差:钛合金的导热系数约为45#钢的1/5~1/3,切削温度高,切削热集中在刃口部分，刀具磨损较快。

2.主要的工艺措施

(1)控制切削温度:实践证明加工钛合金时，降低切削温度是提高刀具耐用度的有效途径。因此,宜用较低的切削速度，采用大前角、大后角、大副偏角,为的是减小摩擦,切削轻快，切削热源“产的少”;采用一定压力和流量的冷却液,进行充分的冷却,使切削热“散得快”。

(2)选用钨钴类硬质合金:该刀具材料与钛元素的亲合力小，导热性较好，硬质合金晶粒愈细，切削效果就愈好。

(3)提高工艺系统刚度:可以有效地减小切削振动,提高刀具的耐用度。如选用刚性好的钻杆、中心架等。

(4)采用内斜式断屑槽:槽底圆孤较大,减小切屑的变形量,切屑卷曲的曲率半径较大,似乎是“自由卷曲”、“自由断屑”而不是“强迫断屑”、“冲击断屑”,可有效提高刀具的耐用度。

三、高温合金的深孔加工

1.高温合金的类别

高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类。三类高温合金中铁基的抗氧化性能最差，价格也最低廉，切削也较为容易.铁基的组织是奥氏体,但比起奥氏体不锈钢来,其相对加工性仅为奥氏体 不锈钢的1/2左右，加工的难度要比奥氏体不锈钢大得多。它的主要牌号是 GH135(Cr15Ni35W2Mo2Al2.5Ti2)和GH36(4Cr12Ni8Mn8MoVNb)。

镍基高温合金的抗氧化性能高于铁基而低于钻基，价格比铁基贵，但又比钴基便宜。加工难度大于铁基，低于钴基。主要牌号分别是GH33(Cr20Ni77AlTi2.5), K3(17Cr12Ni68W5M04C05Al5Ti3).GH33属变形合金,K3属铸造合金。

2.镍基高温合金的切削特性

(1)加工硬化严重,加工表层的硬化程度可达200%~500%。(2)切削力大,切削力是45#钢的2~3倍。(3)切削温度高,可达1000℃。(4)刀具磨损快。

3.对待镍基高温合金的主要工艺措施

(1)选用YD15的硬质合金材料,它可以耐高温,具有较高的抗氧化、抗扩散磨损的性能。

(2)对镍基高温合金进行“淬火”处理，使内部金属间的化合物转变为固溶体,从而减少切削力。

(3)提高工艺系统的刚度,尽可能采用刚性好的中心架、钻杆;另外,在设计刀具时可采取一些措施来提高刀具切削时的刚度,例如适当减小偏心量,加大压向导向块的径向力，采用减振块、减振条,用四刃钻代替三刃钻等。

(4)降低切削速度,但不宜将进给量降得过小,避免刀刃在硬化层上进行切削。(5)冷却要充分,排屑要流畅。