如何解决不锈钢螺纹车削问题
如何解决不锈钢螺纹车削问题
螺纹是机械工程中常见的几何特征之一, 应用广泛。螺纹的加工工艺较多, 如基于塑性变形的滚丝与搓丝, 基于切削加工的车削、铣削、攻螺纹与套螺纹、螺纹磨削、螺纹研磨等。
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：
1 热强度高、韧性大
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，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。
2 加工硬化趋势强
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。
3 切屑的粘附性强、导热差
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。
4 螺纹粗糙度差的原因及对策
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。
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。
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。
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。
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。
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(百分号)，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。
5 数控加工螺纹尺寸不稳定的原因及对策
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：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
6 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
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。
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。
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。
还要有一定的洗涤功能。
7 推荐几种合适的冷却液
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(百分号)，硫2(百分号)。间接硫化油配方为：矿物油78(百分号)——80(百分号)，黑机油、植物油18(百分号)——20(百分号)，硫1.7(百分号)。
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(百分号)，石油磺酸钙4(百分号)，石油磷酸钡4(百分号)，氧化石油脂钡皂4(百分号)，二烷硫代磷酸锌4(百分号)，二硫化0.5(百分号)。
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。
刀具涂层技术知识及金刚石、氮化碳、立方氮化硼CBN刀具涂层技术的研究
一、刀具涂层
通过化学或物理的方法在刀具表面形成某种薄膜，使切削刀具获得优良的综合切削性能，从而满足高速切削加工的要求；自20世纪70年代初硬质涂层刀具问世以来，化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术相继得到发展，为刀具性能的提高开创了历史的新篇章。涂层刀具与未涂层刀具相比，具有显着的优越性：它可大幅度提高切削刀具寿命；有效地提高切削加工效率；提高加工精度并明显提高被加工工件的表面质量；有效地减少刀具材料的消耗，降低加工成本；减少冷却液的使用，降低成本，利于环境保护。
二、刀具涂层的特点：
1，采用涂层技术可在不降低刀具强度的条件下，大幅度地提高刀具表面硬度，目前所能达到的硬度已接近100GPa；
2.随着涂层技术的飞速发展，薄膜的化学稳定性及高温抗氧化性更加突出，从而使高速切削加工成为可能。
3.润滑薄膜具有良好的固相润滑性能，可有效地改善加工质量，也适合于干式切削加工；
4.涂层技术作为刀具制造的最终工序，对刀具精度几乎没有影响，并可进行重复涂层工艺。
三、常用的涂层
1，氮化钛涂层：氮化钛（TiN）是一种通用型PVD涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。
2，氮化铬涂层：CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。
3，金刚石涂层CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层(注意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会产生大量切削热，并导致发生化学反应，使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏)。
4，氮碳化钛涂层：氮碳化钛（TiCN）涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。
5，氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)：TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
四、涂层技术及刀具涂层知识
1，氮碳化钛(TiCN)涂层比氮化钛(TiN)涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000——4000(取决于制造商）。
2，CVD金刚石涂层：表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟，与PVD涂层刀具相比，CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10——20倍。金刚石涂层刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂层的刀具提高2——3倍，使CVD金刚氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN
涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN 涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成数控微信号cncdar一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVD TiAlN 涂层石涂层刀具成为有色金属和非金属材料切削加工的不错选择。
3，刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求：①硬度高、耐磨性能好；②化学性能稳定，不与工件材料发生化学反应；⑧耐热耐氧化，摩擦系数低，与基体附着牢固等。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了 TiC—A12O3一TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN／NbN、TiN／CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。
4，在涂层刀具制造过程中，一般根据涂层的硬度，耐磨性，高温抗氧化性，润滑性以及抗粘结性等几个方面来选择，其中涂层氧化性是与切削温度最直接相关的技术条件。氧化温度是指涂层开始分解时的温度值，氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN 有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVD TiAlN涂层.
5，从应用技术角度讲：除了切削温度外，切削深度、切削速度和冷却液都可能对刀具涂层的应用效果产生影响。
五、常用涂层材料进展及超硬涂层技术
硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。目前，工业发达国家TiN涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的50％一70％，有的不可重磨的复杂刀具的使用率已超过90％。由于现代金属切削对刀具有很高的技术要求，TiN涂层日益不能适应。TiN 涂层的耐氧化性较差，使用温度达500℃时，膜层明显氧化而被烧蚀，而且它的硬度也满足不了需要。TiC有较高的显微硬度，因而该材料的耐磨性能较好。同时它与基体的附着牢固，在制备多层耐磨涂层时，常将TiC作为与基体接触的底层膜，在涂层刀具中它是十分常用的涂层材料。
TiCN和TiAlN的开发，又使涂层刀具的性能上了一个台阶。 TiCN可降低涂层的内应力，提高涂层的韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩散，减少刀具崩刃。将TiCN设置为涂层刀具的主耐磨层，可显着提高刀具的寿命。TiAlN化学稳定性好，抗氧化磨损，加工高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金时，比 TiN涂层刀具提高寿命3—4倍。在TiAlN 涂层中如果有较高的Al浓度，在切削时涂层表面会生成一层很薄的非品态A12O3，形成一层硬质惰性保护膜，该涂层刀具可更有效地用于高速切削加工。掺氧的氮碳化钛TiCNO具有很高的显微硬度和化学稳定性，可以产生相当于TiC十A12O3复合涂层的作用。
在上述硬质薄膜材料中，显微硬度HV能够超过50GPa的有3种：金刚石薄膜、立方氮化硼CBN、氮化碳。
许多沉积金刚石薄膜的温度要求为600℃一900℃，因此该技术常用于硬质合金刀具表面沉积金刚石薄膜。金刚石硬质合金刀具的商品化，是近几年涂层技术的重大成就。
CBN在硬度和导热率方面仅次于金刚石，热稳定性极好，在大气中加热至1000℃也不发生氧化。 CBN对于铁族金属具有极为稳定的化学性能，与金刚石不宜加工钢材不同，它
可以广泛用于钢铁制品的精加工、研磨等。CBN涂层除具有优良的耐磨损性能外，还可以在相当高的切削速度下加工耐热钢、钛合金、淬火钢，能切削高硬度的冷硬轧辊、掺碳淬火材料和对刀具磨损非常严重的Si—Al合金等。低压气相合成CBN薄膜的方法主要有CVD 和PVD法。 CVD包括化学输运PCVD，热丝辅助加热PCVD、ECR—CVD等；PVD则有反应离子束镀、活性反应蒸镀、激光蒸镀离子束辅助沉积法等。CBN的合成技术，在基础研究和应用技术方面都还有不少工作要做，包括反应机制和成膜过程、等离子体诊断和质谱分析、最佳工艺条件的确定、高效率设备的开发等。
氮化碳有可能具有达到或超过金刚石的硬度。合成氮化碳的成功，是分子工程学十分杰出的范例。作为超硬材料的氮化碳，预期还有其它许多宝贵的物理化学性质，研究氯化碳成为世界材料科学领域的热门课题。
铣刀选用三大原则，让机加工事半功倍
铣刀是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。笔者认为，在选择铣刀时，对铣刀刀体与刀架都要留意：1.铣刀是数控加工中心上用，还是普通铣床上用。2.铣刀加工的材料及硬度。3.铣刀的规格，如：刃长、全长、刃径、柄径等。
如果是数控加工中心上用的，那就应该选用整体硬质合金的。普通铣床上用的就可以选用白钢的。
白钢铣刀和硬质合金铣刀相比硬度较软。高速钢刀便宜，韧性好，但强度不高，容易让刀，而且耐磨性，热硬性相对来说较差，高速钢铣刀的热硬性600度左右，硬度65HRC
左右，很明显当用白钢铣较硬材料的时候，如果冷却液不到位的话很容易烧刀这就是热硬性不高的原因之一。
硬质合金铣刀热硬性好，耐磨，但抗冲击性能差，随便摔一下刀刃就会碎，硬质合金是用粉末冶金的方法制成的材料，硬度可达90HRA左右,热性性可达900-1000度左右。所以，白钢适合普通铣床用，合金铣刀时候数控加工中心用。
铣刀直径的选用：
铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。
①平面铣刀。选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按D＝1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。
②立铣刀。立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）。
③槽铣刀。槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。
铣刀刀片的选择：
1、对于精铣，最好选用磨制刀片。这种刀片具有较好的尺寸精度，所以刀刃在铣削中的定位精度较高，可得到较好的加工精度及表面粗糙度。另外，精加工所用的磨制铣刀片
发展趋势是磨出卷屑槽，形成大的正前角切削刃，允许刀片在小进给、小切深上切削。而没有尖锐前角的硬质合金刀片，当采用小进给、小切深加工时，刀尖会摩擦工件，刀具寿命短。
2、某些加工场合选用压制刀片是比较合适的，有时也需要选择磨制的刀片。粗加工最好选用压制的刀片，这可使加工成本降低。压制刀片的尺寸精度及刃口锋利程度比磨制刀片差，但是压制刀片的刃口强度较好，粗加工时耐冲击并能承受较大的切深和进给量。压制的刀片有时前刀面上有卷屑槽，可减小切削力，同时还可减小与工件、切屑的摩擦，降低功率需求。
3、但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密，尺寸精度较差，在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜，所以在生产上得到广泛应用。
4、磨过的大前角刀片，可以用来铣削粘性的材料（如不锈钢）。通过锋利刀刃的剪切作用，减少了刀片与工件材料之间的摩擦，并且切屑能较快地从刀片前面离开。
5、作为另一种组合，可以将压制刀片装在大多数铣刀的刀片座内，再配置一磨制的刮光刀片。刮光刀片清除粗加工刀痕，比只用压制刀片能得到较好的表面粗糙度。而且应用刮光刀片可减小循环时间、降低成本。刮光技术是一种先进工艺，已在车削、切槽切断及钻削加工领域广泛应用。
铣刀刀体的选择：
铣刀的价格比较贵，一把直径为100mm的面铣刀刀体价格可能要超过600美元，所以应慎重选择，以能达到真正适合具体的加工需要。
1、首先，在选择一把铣刀时，要考虑它的齿数。例如直径为100mm的粗齿铣刀只有6个齿，而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。齿距的大小将决定铣削时同时参与切削的刀齿数目，影响到切削的平稳性和对机床切率的要求。每个铣刀生产厂家都有它自己的粗齿、密齿面铣刀系列。
2、粗齿铣刀多用于粗加工，因为它有较大的容屑槽。如果容屑槽不够大，将会造成卷屑困难或切屑与刀体、工件摩擦加剧。在同样进给速度下，粗齿铣刀每齿切削负荷较密齿铣刀要大。
3、精铣时切削深度较浅，一般为0.25——0.64mm，每齿的切削负荷小（约0.05——0.15mm），所需功率不大，可以选择密齿铣刀，而且可以选用较大的进给量。由于精铣中金属切除率总是有限，密齿铣刀容屑槽小些也无妨。
4、对于锥孔规格较大、刚性较好的主轴，也可以用密齿铣刀进行粗铣。由于密齿铣刀同时有较多的齿参与切削，当用较大切削深度（1.27——5mm）时，要注意机床功率和刚性是否足够，铣刀容屑槽是否够大。排屑情况需要试验验证，如果排屑有问题，应及时调整切削用量。
5、在进行重负荷粗铣时，过大的切削力可使刚性较差的机床产生振颤。这种振颤会导致硬质合金刀片的崩刃，从而缩短刀具寿命。选用粗齿铣刀可以减低对机床功率的要求。所以，当主轴孔规格较小时（如R-8、30#、40#锥孔），可以用粗齿铣刀有效地进行铣削加工。