1研究内容

不锈钢材料由于其较低的成本，在机械加工行业广泛应用，但其存在一定的加工特性，影响加工质量稳定性，不锈钢材质的工件加工难点主要有：1）加工后表面存在硬化层，影响加工；2）切屑不易折断，切屑易缠附在刀具表面；3）加工表面质量不稳定，加工精度不易保证。如何处理难加工材料的切屑已变得越来越重要。切削难加工金属材料时，切屑变形所消耗的能量越多，切削温升越高，要求刀具具有良好的高温性能，通常切屑有4种类型，其中带状切屑不易断屑，在加工过程中会发生缠绕现象，不利于保证工件质量，也会损伤刀具表面，降低刀具使用寿命，严重时会对操作者和机床造成事故等。

目前大多研究不锈钢的切削参数优化选择和刀具磨损机理分析，很少研究切屑形态。孔加工缠屑导致的孔径超差，急需优化加工方法解决孔加工缠屑问题。

2研究目标

通过优化工具工装和优化数控程序等方法，解决孔加工缠屑问题，提高零件加工稳定性，保证零件加工质量，降低缠屑概率，使零件孔加工合格率达到99％以上。

3技术方案

现场收集孔加工缠屑问题数据：针对现场所用工装、切削用量、冷却方式进行现有状态摸底。分析缠屑原因制定解决方案：分析数据，找出共性问题，分析影响，制定优化方案。现场验证方案：现场零件加工验证，收集数据，并对验证中存在问题进行分析整改。完成方案固化：将有效的方案贯入工艺规程、工步卡、操作说明书等工艺文件，工艺方法固化统计分析、撰写技术总结。数据统计分析：经分析发现如下问题：1．因缠屑导致超差零件主要为：不锈钢零件和铝合金零件；2．不锈钢零件扩孔缠屑概率最高。

3.1麻花钻的主要结构参数的选取

1）直径D：选择钻头时，要考虑钻孔时产生的扩大量。产后扩大量的因素很多，如机床主轴颤动，被加工金属的性质，钻头本身制造时的跳动及刃磨不正确等。因此在选择钻头走私时应比所钻的孔径稍小。为了减少钻身与孔壁的摩擦，钻头直径沿导向部分作成倒锥，倒锥度按直径大小确定。

2）顶角2φ：顶角越大，则钻削时的轴向力也越大。当螺旋槽斜角W一定时，2φ角的变化直接影响前角的大小。2φ角之值按加工材料的性质来确定。切削较硬较脆的材料，顶角应取大些（130°~150°)；切削较软较韧的材料，顶角应取小些（80°~90°)。通用钻头的顶角，常做成2φ＝116°~120°。

3）螺旋槽斜角W及螺旋槽导程H：螺旋槽斜角是指钻头外圆柱面展开，螺旋线与轴线之间的夹角，是设计时给定的。若把螺旋线展开在平面上，则W角可用下式表示：tgw=πD/H；式中D一钻头直径，H一螺旋槽导程。由式可知，沿切削刃上各点的螺旋角是变化的，越靠近中心，直径越小，因此W角越小。W角决定前面的方向，因而表示出前角的大小。W角增加，前角也增加，切削较易，扭矩和轴向力也小。但必须考虑到随着W角增加，钻头切削刃减弱，特别是小钻头。W角不仅决定钻头的前角，而且影响排屑。对工作条件固定的钻头，应根据所加工金属，设计最有利的斜角W。

在深孔加工中，为了利于排屑，对于粘性大且产生不易断的带状切屑材料（如不锈钢）,W角宜取小些；对于产生比较松散、所占空间体积较大的切屑的材料（如铸铝）,W角也应取较小的数值。螺旋槽导程H按给定的螺旋槽斜角W由下式求出：H=π·D·ctgW.

4）前角r及后角a：切削刃上某一点A的前角rA可近似地由下式决定：tgrA=(DA.tgw)/(Dsinφ）；式中DA一A点所在圆柱的直径。

由式可知，前角r随D、DA、W及中角而定。当D、W及中一定时，则随DA而变。因此在同一钻头的刀刃上各点的前角是不同的，越近中心，前角越小。前角在图纸上不标注也不进行检验。钻头的后角是在以钻轴为轴轴心线的圆柱截面内，切削平面与后面之间的夹角。钻头工作时，除了旋转的切削运动外，尚有轴向的走刀进给。因此，主刃上任一点的运动轨迹为螺旋线。

5）横刃斜角中：φ角的大小影响横刃的长短，从而影响到切削条件。φ角的数值决定于后面的刃磨方式。

6）钻心直径d0:钻心的直径尺寸影响钻头的强度、刚度和横刃的长度。硬质合金钻头切削用量大，应适当取大些。

3.2麻花钻刃磨技巧

麻花钻是现场常用的一种钻孔刀具，其结构相对比较简单，适合根据不同的加工工况要求进行相应的改磨修整，以保证足够的切削能力和刀具保持性。

标准麻花钻的技术要求：顶角a为118°±2°；孔缘处后角a0为10°~14°；横刀斜角为15°~55°；两主切削刃长度以及和钻头轴心线组成两个角要相等。两个主后刀面要刃磨光滑。

刃磨中心钻也是有技巧的，最基本的就是少磨。少磨不是不磨，拿到钻头匆匆即磨，是盲目磨。刃磨前摆放好位置，才能为下一步"磨好"打实基础。刃口摆平轮面靠，钻轴斜放出锋角；由刃向背磨后面，上下摆动尾别翘。"锋角"即顶角118°±2°的一半，约为60°。这个位置很重要，直接影响到钻头顶角大小及主切削刃形状和横刀斜角。要提示操作者记忆常用一块30°、60°、90°三角板中60°角度，操作者便于掌握。刃磨时要观察火花的均匀性，要及时调整压力大小，并注意钻头冷却。往往有工人刃磨时把"上下摆动"变成了"上下转动"，使钻头另一主刀刃被破坏。同时钻头尾部不能高翘于砂轮水平中心线以上，否则会使刃口磨钝，无法切削。

3.3加工不锈钢工件的问题及分析

加工不锈钢工件需要选用相适用的刀具，不锈钢材质工件硬度不是太高，但其切屑的形状呈现针叶形，且切屑与刀具的粘附性较强，切屑的这些性质导致在加工过程中，尤其是钻孔过程中，切屑易夹在钻头与工件之间，导致加工后的尺寸增大、孔径超差。

在钻孔或扩孔时，材料去除量较大，在加工过程中会产生较多的切屑，切屑随刀具的回转，会沿着刀具排屑槽退出孔内。不锈钢材质切屑呈离散针形碎屑，在退出过程中会夹杂在刀具刃口位置，随刀具回转，切屑也在孔内回转并去除一定程度的材料，在光孔内部造成螺旋形沟壑。当刀具夹屑加工去除量积累到一定程度，会导致孔内壁型面破坏，孔直径超差。

为减少夹屑造成的孔内壁损伤，要提高切屑的排出效率。使用具备内部冷却液的加工中心及具备内置冷却液孔的刀具，可以将冷却液从加工孔内部打入，沿着刀具排屑槽排出，同时量去除的切屑和加工热量排出，提高冷却液的冷却效果和排屑效果。在加工深孔、盲孔时效果尤其显著，在加工深孔、盲孔时，不锈钢材质的切屑累积量随着孔深增大，冷却液难以喷淋至加工孔内，甚至部分外部冷却液的喷淋会阻碍切屑的排出，将排屑槽内的切屑顶回孔内，导致排屑不顺畅，切屑积压在孔底，在受到刀具前端挤压时，切屑更加难以排出。使用内部冷却液可以提高排屑效果，减少刀具缠屑问题的发生，避免由于切屑划伤孔内壁导致的孔径超差问题。

同时为提高不锈钢材质的切削能力，应选用不锈钢专用的涂层刀具进行加工，提高加工质量和效率。在编制不锈钢材质深孔切削程序时，应使用退刀排屑编程方式，将刀具完全退出至孔外部，保证切屑不在孔内积累过多，降低刀具夹屑的风险。

4验证情况

采用φ5.5mm钻头和φ8.5mm钻头，通过现场加工实验验证效果，最后确定刀具刃磨角度，调整加工参数，排屑效果提高明显。通过程序优化，实现无人干预、自动分层断屑孔加工。利用刀具螺旋角，在退刀时反转暂停使道具给铁屑的轴向分力向下，排屑效果更好。采用小夹簧降低流道面积，提升流速，水柱集中在刀具四周，排屑性能和散热效果明显提升，降低了钻头磨损速度。

5验证结论

程序优化：利用刀具螺旋角，抬刀反转暂停排屑，进一步降低了缠屑概率；固化刀具角度：通过调整反磨钻头前角和后角，提高了钻头的强度、散热和断屑性能；冷却优化：通过调整刀柄夹簧大小，提高冷却液流动速度，排屑和冷却效果双提升。缠屑概率大大降低，最大降幅达到90%，零件孔加工合格率100%。

结束语

本次研究通过试验验证的方式解决孔加工缠屑导致的零件超差问题。经过实验验证可以通过合理安排工装，优化程序，规定刃磨角度来解决零件的孔加工缠屑问题。最终实现零件缠屑概率大大降低，零件孔加工合格率达到100%，为以后结构、材料相同零件的孔加工积累宝贵经验。

参考文献

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[2]袁昊,陈虹宇,李健.高温合金薄壁环块类零件铣加工技术研究[J].中国新技术新产品.2021(04)81-83.