不銹鋼薄板鉆孔操作技巧

南車株洲電力機車有限公司（湖南 412001）梁 濤 彭章祝

隨著AMAP地鐵項目開工的臨近，車體的各種設計方案信息不斷傳來，其中就包括車體鉆孔的問題。車間員工進行試鉆后很快反映普通鉆頭和合金鋼鉆頭有鉆不進、容易折斷和刃口燒損等問題，在報廢了10余根各種型號的鉆頭后，3 mm奧氏體不銹鋼板上僅鉆出了兩個孔。因此鉆孔成為該項目開工前準備工作必須攻克的難點。

1.鉆孔的難點

通過查閱各種相關資料，我們了解到奧氏體不銹鋼的切削加工性比碳鋼差很多，以45鋼的切削加工性作為基數，奧氏體不銹鋼的切削加工性能僅達到45鋼的40%。其在加工過程中有如下不利于切削加工的特點：

（1）加工硬化嚴重：因為不銹鋼的塑性大，塑性變形時晶格歪扭，強化系數很大，且奧氏體不夠穩定，在切削應力的作用下，部分奧氏體會轉變為馬氏體；再加上化合物雜質在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工時產生硬化層。前一次進給或前一道工序所產生的加工硬化現象嚴重影響后續工序的順利進行。

（2）需要的切削力大：不銹鋼在切削過程中存在塑性變形，尤其是奧氏體不銹鋼，其伸長率超過45鋼的1.5倍，使需要的切削力增加。同時不銹鋼的加工硬化嚴重，熱強度高，進一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。

（3）切削溫度高：切削時塑性變形及不銹鋼與刀具間的摩擦力都很大，產生的切削熱多；加上不銹鋼的導熱系數約為45鋼的1/2～1/4，大量切削熱都集中在切削區和刀-屑接觸的界面上，散熱條件差。

（4）刀具易磨損：切削不銹鋼過程中的親和作用，使刀具和切屑之間產生粘結、擴散，從而使刀具產生粘結磨損、擴散磨損，致使刀具的前刀面產生月牙洼，切削刃還會形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物（如TiC）微粒硬度很高，切削時直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現象，均會使刀具磨損加劇。

（5）切屑不易折斷、易粘結：不銹鋼的塑性和韌性都很大，加工時切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進行，切屑還會擠傷已加工表面。在高溫和高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強，易產生粘附現象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會出現撕扯現象，使已加工表面惡化。

2.工藝驗證和問題分析

為更深一步了解不銹鋼在鉆孔過程中可能遇到的問題，我們進行了工藝試驗。考慮到以后生產中工具的通用性，選擇了車間目前常用的工具和刃具進行對比驗證。通過搜集資料，得知醬油、醋和硫化類切削液在不銹鋼鉆孔時能起到良好的冷卻效果，本試驗我們選擇了具有良好冷卻和潤滑作用的槍鉆油。

（1）氣動鉆孔工具試驗：試驗選擇了兩種規格的氣動手鉆，性能差異如表1所示。試驗板料為3 mm厚的301奧氏體不銹鋼板。

首先使用WD-216-2型氣動手鉆鉆孔（見圖1），切削液采用蘸取的方式操作。如圖2所示，在表面鉆出一個深度約1 mm的小凹坑后即無法再鉆入；用風動銑刀銑去表層，再次試鉆后發現仍只能鉆進一點即無法鉆入。檢查時發現鉆頭刃口變鈍且表面呈現黃色。

圖1 WD-216-2型氣動手鉆

使用WD-218氣動手鉆，在第一個孔成功鉆穿后，發現第二個孔即鉆不進，此時鉆削過程中切屑呈粉狀，檢查發現鉆頭刃口變鈍且表面呈黃中帶藍。檢查第一個孔，背面帶有毛刺。

通過對比試驗可以看到以下現象：①WD-216-2型氣動手鉆由于鉆速高，在鉆削時鉆頭溫度迅速上升，導致鉆頭很快燒壞并變鈍，同時鋼板在高轉速摩擦作用下產生了切削硬化現象。②WD-218氣動風鉆轉速慢些，鋼板未產生切削硬化現象，但在連續鉆削進給的操作下使刃口磨損變鈍；刃口變鈍后使摩擦增大，又促使溫度更快上升，導致鉆頭燒壞。

通過上述工藝試驗，我們認為轉速慢的鉆孔工具更適合鉆不銹鋼，由于鉆速低，可有效地避免加工硬化，降低溫度上升速度。

（2）電動鉆孔工具試驗：鉆孔工具選擇了磁座鉆和有調速功能的電動手槍鉆（見表2）。試驗板料為厚度5 mm的301不銹鋼板。

用磁座鉆鉆孔時，首先采用了連續進給方法，邊鉆邊刷槍鉆油，發現鉆完一個孔后第二個孔就鉆不進了，此時鉆頭刃口已經變鈍但無燒損；如圖3所示，鉆削時產生的切屑成螺旋狀。這說明磁座鉆功率大，能很好地克服切削阻力，槍鉆油冷卻效果良好。隨后我們采用了斷續鉆削的方式，即在鉆削進給時每隔3～5 s停鉆或退刀一次，保證良好的斷屑和排屑，同時邊鉆邊刷槍鉆油，連續鉆了3個孔后檢查鉆頭發現刃口仍然良好。隨后為了驗證操作方法的可行性，安排人不斷地驗證，鉆到第40個孔時鉆頭出現刃口變鈍。

圖2 鉆出的凹坑

圖3 手電鉆鉆削

表1 氣動鉆孔工具和刃具

表2 電動鉆孔工具和刃具

手電鉆為無級調速，有A擋～F擋可供選擇，其中A擋最慢，F擋最快；參照磁座鉆的經驗，選擇了B擋和C擋進行鉆削；連續鉆削時遇到了與磁座鉆同樣的問題，后采用斷續鉆削的方式取得了同樣的效果。此時槍鉆油冷卻采用蘸取的方式操作。

通過兩次工藝試驗和對比，我們歸納出了以下經驗：①電動鉆具比風動鉆具控制轉速更靈活，切削力更大；低轉速避免了加工硬化，減緩了切削溫度上升速度。②鉆孔時保持良好的冷卻是必要的，此次使用的槍鉆油達到了冷卻和降低粘刀的要求。③斷續鉆削和退刀的操作使切屑折斷和排屑更快，避免因粘刀使刃口磨損。④與連續鉆削相比，降低轉速和斷續鉆削的操作因為避免了鉆刃折斷和刃口磨損，使工作效率得到提高。

3.操作方案確定

通過工藝試驗的反復驗證和歸納分析，總結出了不銹鋼板手工鉆孔的操作方案：

（1）盡量選用操作方便的電鉆，因為其在低轉速下提供的切削力比風鉆大得多，無級調速方便，操作者根據情況選擇合適的轉速，反轉功能有利于卡鉆時退刀，避免鉆頭折斷。

（2）不銹鋼板表面光滑，起鉆時應首先打上樣沖眼，其直徑要大于鉆頭的切削橫刃，在低轉速下采用點動方式鉆進，等主切削刃全部進入板料表面后，才可進行連續鉆削。這樣可防止小直徑鉆頭在起鉆時出現折斷或鉆偏。

（3）完成起鉆后，在鉆進的過程中，應采用斷續鉆削的方法，即鉆削進給時每隔3～6 s停鉆1 s或退刀一次。鉆底孔時小直徑鉆頭時間間隔應短，大直徑鉆頭擴孔時間間隔可長些。

（4）鉆削時進給力應適當，以鉆削過程中產生的切屑成螺旋狀或片狀最佳。

（5）鉆削過程中要不斷用槍鉆油對鉆頭刃口進行冷卻，始終保持孔內呈濕潤狀態，避免溫度過高燒壞鉆頭刃口，如果鉆削時孔內冒出煙霧則說明溫度已經很高了，要及時停下對孔和鉆頭刃口進行冷卻。

（6）板料快鉆穿時采用點動方式完成切削，進給力要小，這樣做可有效防止卡鉆和孔背面因為鋼材塑性變形產生很難清除的毛刺。為方便觀察，鉆孔工具上最好安裝鉆孔深度測量桿。

（7）鉆頭刃口修磨后其頂角應保證在120°～140°之間，修磨橫刃時要保證刃口在鉆頭處沒有負前角，對于直徑大于8 mm的鉆頭建議開分屑槽，這樣有利于排屑，但加工出的分屑槽位置必須正確。

4.效益對比

為確認此次試驗所達到的改善效益，安排兩組人員在4 mm板301奧氏體不銹鋼板上鉆30個φ11 mm的孔來進行對比試驗。操作過程為：先用φ5 mm鉆頭鉆削底孔，再用φ9 mm和φ11 mm鉆頭進行擴孔。通過試驗對比取得如下效益（見表3）。

表3 效益對比試驗結果

5.結語

工藝試驗從工具、刃具、切削溫度控制、轉速選擇和鉆進方式五個方面入手，克服了不銹鋼材料的特性給鉆孔帶來的不利影響。電動手槍鉆在操作過程中靈活輕便，能夠解決車體上各空間位置鉆孔問題，磁座鉆能夠解決車體上空調安裝座等大直徑孔鉆削的問題。試驗全部采用了車間已有的工具和耗材，具有通用性，為項目的準備工作節約了采購經費；其成果在以后的生產中將產生更大的經濟效益。

專家點評

本文根據不銹鋼材料本身的理化特性，分析了造成不銹鋼鉆孔加工難的原因，從鉆孔工具和鉆頭材料選擇兩個方面分析了解決該問題的措施，摸索了一套可行的不銹鋼鉆孔的操作方法，對AMAP項目不銹鋼鉆孔具有較好的指導意義。