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不锈钢断屑钻的切屑形态与控制的重要意义

返回列表 来源: 发布日期: 2020.01.14
  不锈钢断屑钻的切屑形态与控制具有非常重要的意义。一般来说常用马氏体、奥氏体不锈钢中含碳极少,含铬、镍铰多,材料虽硬度不高,但韧性大,切削变形、切削温度、加工硬化程度较高,为改善冷却效果,提高钻头耐用度,必须控制断屑与排屑。本文结合小编对核电站用支撑板钻孔的试验研究成果,分析了钻削不锈钢时各种屑形生成原理,论述了最佳屑形与切削参数之间的微妙关系,从而提出了控制最佳屑形、达到有效断屑的方法。

  1、不锈钢断屑钻的切屑形态与产生条件

  不锈钢断屑钻的基本刃形如图1所示。其特点是:磨出较大锋角(2F)及很浅的圆弧刃(半径R),生成了外直刃(宽度L)与内、外刃高度差h。通过修磨钻心部位前刀面生成了内直刃、内刃锋角(2F1),留下很短的横刃。下面分述这种钻型切出的切屑形态与产生条件:

  螺旋带状屑:这种切屑卷曲所占空间大,易阻塞,不会断屑,影响钻头冷却效果。生成原理:麻花钻刀刃各点切削速度不同。外刃处速度高,切屑流动快,切屑较长。越近中心速度越低,切屑排出越慢,切屑长度越短。这种外刃卷成较大半径的弧状,近中心处卷成较小半径的切屑,如不分断,就形成螺旋扇面形。这是麻花钻直线刀刃最常见的切屑。

  扇面形块状屑螺旋带状屑的宽度取决于外刀刃宽度,一般L=0.25~0.3d(d—钻头直径)。当L较小时,刀刃各点切削速度相差不多,刀刃前角大,切削变形较小,切屑排除流畅,可卷曲成一条较窄的螺旋带状屑。带状屑会缠绕在钻头螺旋刃上,不易折断,排出时安全性较差。扇面块状屑:出现在内凹圆弧刃上,如图3所示。这种切屑为短块状,是自然卷断的,切屑较易排出与清理。生成原理:圆弧刃上各点切屑流向不同,其规律是各点切屑流向均通过圆弧刃的中心(刀刃法向)。切屑在卷曲过程中沿圆弧刃方向的附加变形,使得切屑展开成扇面形并撕裂形成块状屑。细长螺旋屑:出现在外刃或内直刃上,这种切屑不易折断。

  钻头左右刃磨得不对称,外刃长的一边多切了对边短刃未切除的一段余量。切屑宽度就是不对称量。内直刃磨出较大的前角和卷屑槽时,也可能出现细长螺旋屑,但其螺旋导程比外直刃的小。

  “6”字形屑:出现在圆弧槽很浅的外刃与圆弧复合刃上,如图5所示。“6”字形屑能稳定的自动排出折断。生成原理:钻孔开始时外刃与圆弧刃切下连成一体的块状屑,(“6”字形屑的头部)卷到一定长度后,沿圆弧刃方向的附加变形,使切屑分裂,开始分屑,外刃与圆弧刃切屑分别排出。外刃一段为带状屑,(“6”字形屑的尾巴),圆弧刃切屑为块状屑。“6”字形屑到达一定长度后,切屑在钻槽中碰到上边的槽壁,切屑受到外加的弯矩而折断,其长度与螺旋槽二分之一导程基本一致。若切屑未碰到钻槽,排出到空间一定长度后,也可随着钻头的旋转甩断。其长度约为60~100mm左右。带钢筋的“6”字形屑:出现在外刃与圆弧刃左右不对称的情况,如图6所示。这种切屑厚度加倍,更易折断。但加重刃口负荷,影响钻刃寿命。生成原理:

  在“6”字形屑生成的条件下,若外刃磨得长短不一,长得一边必然要多切除对边短刃未切除的一段余量,生成外刃与圆弧刃交界处的凸筋。横刃磨得不对中心,使钻孔扩大,切削表面外径处出现台阶。最大外经一边的刀刃,必然将对边未切掉的台阶一并切除,生成外刃处的凸筋。

  带花螺旋带状屑:出现在圆弧刃磨得略深的情况,如图7所示。切屑硬厚,较难折断,排出时安全性较差。生成原理:在生成“6”字形屑的条件下,若圆弧槽略深,外刃与圆弧刃交点处虽出现时连时分的排屑状态,但以分屑为主。外刃与圆弧刃切屑连成一体的时间很短,出现一段段的”花”状的连体屑。

  长螺旋节状屑中长螺旋节状屑:出现在外刃与原弧复合刃上,如图8所示。切屑硬厚,较难折断,排出时安全性较差。生成原理:在材料塑性较好、进刀量较大的条件外刃与圆弧刃交点处基本上是出现连体状切屑。但较厚的切屑沿圆弧刃方向展开成扇面形的附加变形过程中,切屑被拉裂成节状屑,并与外刃带状屑连一体。

       2、影响切屑形态的因素与控制

  圆弧刃半径R:R过小,形成分屑点尖角x小,当x<150°时切屑易分开,外刃出带状屑,圆弧刃出扇面块状屑。R过大:形成分屑点尖角x大,当x>170°时外刃、圆弧刃屑易连成一体,出短的螺旋扇面形屑。R适中:形成x=155~165°时,外刃流屑方向与相临圆弧刃屑流向夹角较小,时连时分,此时正是生成“6”字形屑的条件。最佳x角,与材料韧性、切屑厚度等因素有关,不是常数。可通过试切来探询。内、外刃高度差h圆弧刃较深时,外刃与圆弧刃形成自然分屑点,外刃出带状屑,圆弧刃出块状屑。圆弧刃较浅时,外刃与圆弧刃形不成自然分屑点,切屑连成一体生成短的螺旋扇面形屑。圆弧刃深度用内外刃垂直高度差h来控制,h值与进刀量(切削厚度)成一定比例时,一般宜控制h值约为0.8f.较为适合。外刃锋角:外刃锋角2F过小时(2F<125°)难以磨出x=150~165°尖角。切屑易卷在容屑槽内,不宜排除。实践经验表明,2F=135°~140°,切屑流出方向逼近与钻头轴线平行,有利排屑。而且容易形成较大的x角,控制出现“6”字屑。圆弧半径R°、内外刃垂直高度差h、分屑点尖角x、外刃锋角2F四个参数是有关联的。通常R由刃磨砂轮圆角半径决定,选定2F后h、x可通过调整钻头刃磨机的工艺参数控制。

  材料韧性对屑形的影响,材料韧性大,x角必须磨得更小才能使屑分开。否则切屑连块不分。材料韧性低,x角宜磨得大些。刀具磨损对屑形的影响钻刃分屑尖角处磨平或崩刃后,造成实际x增大。当实际x过大(>165°),可引起屑形从分到连的转变。因此,不锈钢断屑钻的磨钝的标准或耐用度应以屑形的改变为根据。屑形从6字形变为短块状,既应换刀。我们曾发生过由于尖角处磨平,宽的短块状屑卡死扭断钻头的事故。钻头横刃对中误差对屑形的影响横刃不对中反映在钻孔直径的扩大,使副刃单边工作,造成钻头棱边负后角磨损,这种非正常损坏使钻头寿命大大缩减。横刃不对中使两刃切削图形变化,某一边切双倍厚的切屑,而另一边切较薄的切屑。双倍厚的切屑只是在切屑钢筋上,切屑厚而硬,改为长带状屑,难以形成6字形屑。切削用量对屑形的影响加大进刀,切屑变厚,易生成块状屑,相反,易生成带状屑。改变钻头切削速度,对切削变形略有影响。一般高速钢钻头切削速度不可能有较大变化。但有些不锈钢对屑形非常敏感,降低钻头转数有利于生成块状屑。

    3、结论

  分析钻削试验的结果可知,各类切屑形态中,“6”字形屑最佳。短螺旋带状屑也可接受。其它类型的切屑如长带状屑、带钢筋的切屑、带花的螺旋带状屑都应防止。

  控制生成“6”字形屑,合理使用钻头应满足的条件是:

  控制钻头刃形参数:锋角2F=135~140°,外刃长L=0.25d,分屑点尖角x=155°~165°,外刃与圆弧刃垂直高度差h=0.8f控制钻头刃磨对称精度:横刃对中度,外刃、内刃、圆弧刃跳动量越小越好。一般使用钻头刃磨机,可在线测量内外刃跳动量。横刃不对中误差<0.02~0.03mm是可行的。手工刃磨左右两刃难以对称,必然会产生带钢筋的切屑,加快钻头的磨损。选择合理的钻削用量:钻削不锈钢宜用较低切削速度,适中的进刀量。普通高速钢钻头推荐v=15~18m/minf≈0.015dmm/r,使用充足的乳化液冷却。这样刀具耐用度可维持100分钟左右。
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