不锈钢深孔钻削加工
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热
摩擦和钻削力所消耗的能量，又转化为切削热。消耗的能量越多，产生 摩擦和钻削力所消耗的能量，又转化为切削热。消耗的能量越多， 的热量也越多，特别是随着钻孔深度越深，冷却润滑的条件也越差， 的热量也越多，特别是随着钻孔深度越深，冷却润滑的条件也越差，钻削热 越不易消散，钻削的时间越长，热量也就越积越多，由于钻削热的升高， 越不易消散，钻削的时间越长，热量也就越积越多，由于钻削热的升高，将 会引起工件的变形，加剧刀具的磨损。 会引起工件的变形，加剧刀具的磨损。
2.钻削力 钻削力
内外摩擦力反映在钻头上，就是钻削力，它包括轴向力和转矩， 内外摩擦力反映在钻头上，就是钻削力，它包括轴向力和转矩，将产生 大量的热量。 大量的热量。 影响钻削力的主要因素有：工件材料的性能、刀具的锋利程度、切削用量等。 影响钻削力的主要因素有：工件材料的性能、刀具的锋利程度、切削用量等。 钻削力增大以后，限制了大直径钻头和大切削用量的使用， 钻削力增大以后，限制了大直径钻头和大切削用量的使用，阻碍了生产率的 提高，同时对刀具和工件质量都有极坏的影响，引起钻头崩刃、 提高，同时对刀具和工件质量都有极坏的影响，引起钻头崩刃、工件表面粗 糙度的增加。 糙度的增加。
不锈钢有一个很强的特性就是它的热强度高，一般的工件材料高温下强度都有一定程度的降低， 不锈钢有一个很强的特性就是它的热强度高，一般的工件材料高温下强度都有一定程度的降低，但是不锈钢表现 不明显，因此，高温强度越高，切削力越大，消耗的功率也就越多， 不明显，因此，高温强度越高，切削力越大，消耗的功率也就越多，切削温度越高
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考虑因素
5.孔壁的冷作硬化 孔壁的冷作硬化
钻削中，钻头的主后面和副后面，对钻孔底面和孔壁进行摩擦和挤压， 钻削中，钻头的主后面和副后面，对钻孔底面和孔壁进行摩擦和挤压， 使工作的这部分表面金属晶粒同样发生了歪扭和破碎，从而产生冷作硬化。 使工作的这部分表面金属晶粒同样发生了歪扭和破碎，从而产生冷作硬化。 冷作硬化与材料的性质有一定的关系，特别是不锈钢， 冷作硬化与材料的性质有一定的关系，特别是不锈钢，冷作硬化的程度就比 较大。 较大。
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考虑因素
7.排屑困难 排屑困难
钻削深孔时，排出切屑要经过一段较长的距离，在这段距离中，切屑因 钻削深孔时，排出切屑要经过一段较长的距离，在这段距离中， 与孔壁、钻头之间发生摩擦和碰撞，不易顺利流出。 与孔壁、钻头之间发生摩擦和碰撞，不易顺利流出。虽然成螺旋形的带状切 可以自身排出来，但在排出过程中，又会缠绕在钻头上， 屑，可以自身排出来，但在排出过程中，又会缠绕在钻头上，影响钻削的正 常进行，而且也不安全。切屑过细时，则容易和钻头、孔壁粘附在一起， 常进行，而且也不安全。切屑过细时，则容易和钻头、孔壁粘附在一起，尽 管能够排出一部分，但孔中还是始终充满了切屑。这种情况， 管能够排出一部分，但孔中还是始终充满了切屑。这种情况，都会阻碍切削 液的输入，使钻削温度增高，钻削力加大，加剧钻头的磨损。 液的输入，使钻削温度增高，钻削力加大，加剧钻头的磨损。
塑性是指在外力作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。材料的塑性高低， 塑性是指在外力作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。材料的塑性高低，直接影响着被切削金属的塑性变形 程度，因而，也将影响着切削力的大小、切削温度的高低以及积屑瘤生成的难易和切屑的形状。由于工件塑性高， 程度，因而，也将影响着切削力的大小、切削温度的高低以及积屑瘤生成的难易和切屑的形状。由于工件塑性高， 造成钻削时极易形成积屑瘤，使刀具寿命急剧降低，因此， 造成钻削时极易形成积屑瘤，使刀具寿命急剧降低，因此，要采取措施来尽量减少积屑瘤的发生 切削过程中产生的切削热，主要由切屑、工件及刀具等传导出去，而大部分热量是由切屑带走的， 切削过程中产生的切削热，主要由切屑、工件及刀具等传导出去，而大部分热量是由切屑带走的，切屑带走的热 量越多，切削温度也就越低，对提高刀具寿命及减小工件的热变形都有好处。切屑带走热量的多少， 量越多，切削温度也就越低，对提高刀具寿命及减小工件的热变形都有好处。切屑带走热量的多少，和工件材料 的导热系数有关 钻孔时，膨胀系数大的工件材料，冷却后会出现孔径比钻头尺寸小的情况，在深孔加工情况下， 钻孔时，膨胀系数大的工件材料，冷却后会出现孔径比钻头尺寸小的情况，在深孔加工情况下，这种情况会 导致较严重的后果。例如，在钻削过程中，钻头的棱边与孔壁发生剧烈的摩擦，引起钻头的剧烈振动。 导致较严重的后果。例如，在钻削过程中，钻头的棱边与孔壁发生剧烈的摩擦，引起钻头的剧烈振动。此工 钢大，必须严格控制切削温度，防止刀具（钻头） 件材料线膨胀系数要比45#钢大，必须严格控制切削温度，防止刀具（钻头）振动
4.积屑瘤 积屑瘤
钻削时，靠近钻头刃口的工件材料变形越大，内外摩擦也越严重，因此， 钻削时，靠近钻头刃口的工件材料变形越大，内外摩擦也越严重，因此， 这一部位的切削热最高，由于是深孔钻削加工，切屑在排出时， 这一部位的切削热最高，由于是深孔钻削加工，切屑在排出时，会使含有较 高温度部分金属在刃口前面停滞下来，形成楔块。 高温度部分金属在刃口前面停滞下来，形成楔块。 这种楔块人们叫它积屑瘤。由于积屑瘤的形成，造成摩擦力加大， 这种楔块人们叫它积屑瘤。由于积屑瘤的形成，造成摩擦力加大，而且钻头 外缘尖角上积屑瘤对孔壁的质量也有影响，随着钻孔时间加长， 外缘尖角上积屑瘤对孔壁的质量也有影响，随着钻孔时间加长，会引起孔径 局部扩大，切屑瘤在消失流去时，又会带走刀具材料，造成切屑刃的磨损。 局部扩大，切屑瘤在消失流去时，又会带走刀具材料，造成切屑刃的磨损。
不锈钢深孔钻削加工
常用的不锈钢材料有1 常用的不锈钢材料有 Cr18Ni9Ti、2Cr13、3Cr13等，具有一定的 、 、 等 耐腐防锈性能，但其强度、耐压、防磁等方面略显不足。 耐腐防锈性能，但其强度、耐压、防磁等方面略显不足。而近年来 广泛使用的沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb(简称 简称PH17-4)，具有 广泛使用的沉淀硬化不锈钢 简称 ， 优良的强度和耐蚀性，弥补了奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的不足， 优良的强度和耐蚀性，弥补了奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的不足， 被广泛应用于航空、航天、石油、仪器等行业， 被广泛应用于航空、航天、石油、仪器等行业，尤其在石油井下仪 器外壳中大量使用。在经过固溶处理后， 器外壳中大量使用。在经过固溶处理后，这种材料的硬度可高达 HRC38 以上，强度 以上，强度σb≥1100MPa、σs≥1000MPa均高出 均高出2Cr13材 、 均高出 材 料约2倍 耐蚀性要比2Cr13或3Cr13优良很多，因此非常适合于井 优良很多， 料约 倍，耐蚀性要比 或 优良很多 下仪器外壳所要求的耐压、耐腐蚀及防磁性能。 下仪器外壳所要求的耐压、耐腐蚀及防磁性能。
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7
8.振动 振动
钻孔中引起振动的原因很多，如机床的刚性差，各部分的传动间隙大； 钻孔中引起振动的原因很多，如机床的刚性差，各部分的传动间隙大； 钻头细而长，刃磨不对称，刀刃过于锋利，后角太大，以及工件太薄等，由 钻头细而长，刃磨不对称，刀刃过于锋利，后角太大，以及工件太薄等， 振动带来的危害性很大，它将影响到工件表面粗糙度，造成孔形误差， 振动带来的危害性很大，它将影响到工件表面粗糙度，造成孔形误差，出现 多棱形，以及导致钻头崩刃和折断钻头等。 多棱形，以及导致钻头崩刃和折断钻头等。
线膨胀系数
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考虑因素
1.摩擦 摩擦
在钻削过程中，充分了摩擦运动，它是一切不利因素的重要根源。 在钻削过程中，充分了摩擦运动，它是一切不利因素的重要根源。从工 件被“ 下时形成了内摩擦开始，到钻头、 件被“切”下时形成了内摩擦开始，到钻头、螺旋槽与孔壁的摩擦及切屑本 身的挤压和碰撞所产生的外摩擦，随着钻孔的不断加深， 身的挤压和碰撞所产生的外摩擦，随着钻孔的不断加深，这种摩擦随之不断 加大。 加大。
PH17-4(沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb)特点 特点
硬度 强度 塑性 导热系数
由于此种不锈钢在未热处理强化之前，其金相组织为马氏体，在切削过程中容易形成加工硬化（冷硬现象）， ），从而 由于此种不锈钢在未热处理强化之前，其金相组织为马氏体，在切削过程中容易形成加工硬化（冷硬现象），从而 使刀具磨损加剧，有时甚至引起振动，增加表面粗糙度，而且切屑硬化后容易折断， 使刀具磨损加剧，有时甚至引起振动，增加表面粗糙度，而且切屑硬化后容易折断，不利于切削区域散热以及刀具 寿命的提高
6.钻头的磨损 钻头的磨损
上述这些问题在对钻孔过程中对钻头的磨损有直接的影响，特别是在钻 上述这些问题在对钻孔过程中对钻头的磨损有直接的影响， 深孔时，问题更为突出。 深孔时，问题更为突出。 当切削力加大，磨损严重，切削温度增高时，由于热效应的作用， 当切削力加大，磨损严重，切削温度增高时，由于热效应的作用，切削刃与 工件、切屑之间产生了熔接的趋势，切削刃上的分子不断被切屑带走， 工件、切屑之间产生了熔接的趋势，切削刃上的分子不断被切屑带走，这样 加剧了钻头的前、后面及刃带上的摩擦。 加剧了钻头的前、后面及刃带上的摩擦。
摩擦和钻削力所消耗的能量，又转化为切削热。消耗的能量越多，产生 摩擦和钻削力所消耗的能量，又转化为切削热。消耗的能量越多， 的热量也越多，特别是随着钻孔深度越深，冷却润滑的条件也越差， 的热量也越多，特别是随着钻孔深度越深，冷却润滑的条件也越差，钻削热 越不易消散，钻削的时间越长，热量也就越积越多，由于钻削热的升高， 越不易消散，钻削的时间越长，热量也就越积越多，由于钻削热的升高，将 会引起工件的变形，加剧刀具的磨损。 会引起工件的变形，加剧刀具的磨损。
2.钻削力 钻削力
内外摩擦力反映在钻头上，就是钻削力，它包括轴向力和转矩， 内外摩擦力反映在钻头上，就是钻削力，它包括轴向力和转矩，将产生 大量的热量。 大量的热量。 影响钻削力的主要因素有：工件材料的性能、刀具的锋利程度、切削用量等。 影响钻削力的主要因素有：工件材料的性能、刀具的锋利程度、切削用量等。 钻削力增大以后，限制了大直径钻头和大切削用量的使用， 钻削力增大以后，限制了大直径钻头和大切削用量的使用，阻碍了生产率的 提高，同时对刀具和工件质量都有极坏的影响，引起钻头崩刃、 提高，同时对刀具和工件质量都有极坏的影响，引起钻头崩刃、工件表面粗 糙度的增加。 糙度的增加。
不锈钢有一个很强的特性就是它的热强度高，一般的工件材料高温下强度都有一定程度的降低， 不锈钢有一个很强的特性就是它的热强度高，一般的工件材料高温下强度都有一定程度的降低，但是不锈钢表现 不明显，因此，高温强度越高，切削力越大，消耗的功率也就越多， 不明显，因此，高温强度越高，切削力越大，消耗的功率也就越多，切削温度越高
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考虑因素
5.孔壁的冷作硬化 孔壁的冷作硬化
钻削中，钻头的主后面和副后面，对钻孔底面和孔壁进行摩擦和挤压， 钻削中，钻头的主后面和副后面，对钻孔底面和孔壁进行摩擦和挤压， 使工作的这部分表面金属晶粒同样发生了歪扭和破碎，从而产生冷作硬化。 使工作的这部分表面金属晶粒同样发生了歪扭和破碎，从而产生冷作硬化。 冷作硬化与材料的性质有一定的关系，特别是不锈钢， 冷作硬化与材料的性质有一定的关系，特别是不锈钢，冷作硬化的程度就比 较大。 较大。
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7.排屑困难 排屑困难
钻削深孔时，排出切屑要经过一段较长的距离，在这段距离中，切屑因 钻削深孔时，排出切屑要经过一段较长的距离，在这段距离中， 与孔壁、钻头之间发生摩擦和碰撞，不易顺利流出。 与孔壁、钻头之间发生摩擦和碰撞，不易顺利流出。虽然成螺旋形的带状切 可以自身排出来，但在排出过程中，又会缠绕在钻头上， 屑，可以自身排出来，但在排出过程中，又会缠绕在钻头上，影响钻削的正 常进行，而且也不安全。切屑过细时，则容易和钻头、孔壁粘附在一起， 常进行，而且也不安全。切屑过细时，则容易和钻头、孔壁粘附在一起，尽 管能够排出一部分，但孔中还是始终充满了切屑。这种情况， 管能够排出一部分，但孔中还是始终充满了切屑。这种情况，都会阻碍切削 液的输入，使钻削温度增高，钻削力加大，加剧钻头的磨损。 液的输入，使钻削温度增高，钻削力加大，加剧钻头的磨损。
塑性是指在外力作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。材料的塑性高低， 塑性是指在外力作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。材料的塑性高低，直接影响着被切削金属的塑性变形 程度，因而，也将影响着切削力的大小、切削温度的高低以及积屑瘤生成的难易和切屑的形状。由于工件塑性高， 程度，因而，也将影响着切削力的大小、切削温度的高低以及积屑瘤生成的难易和切屑的形状。由于工件塑性高， 造成钻削时极易形成积屑瘤，使刀具寿命急剧降低，因此， 造成钻削时极易形成积屑瘤，使刀具寿命急剧降低，因此，要采取措施来尽量减少积屑瘤的发生 切削过程中产生的切削热，主要由切屑、工件及刀具等传导出去，而大部分热量是由切屑带走的， 切削过程中产生的切削热，主要由切屑、工件及刀具等传导出去，而大部分热量是由切屑带走的，切屑带走的热 量越多，切削温度也就越低，对提高刀具寿命及减小工件的热变形都有好处。切屑带走热量的多少， 量越多，切削温度也就越低，对提高刀具寿命及减小工件的热变形都有好处。切屑带走热量的多少，和工件材料 的导热系数有关 钻孔时，膨胀系数大的工件材料，冷却后会出现孔径比钻头尺寸小的情况，在深孔加工情况下， 钻孔时，膨胀系数大的工件材料，冷却后会出现孔径比钻头尺寸小的情况，在深孔加工情况下，这种情况会 导致较严重的后果。例如，在钻削过程中，钻头的棱边与孔壁发生剧烈的摩擦，引起钻头的剧烈振动。 导致较严重的后果。例如，在钻削过程中，钻头的棱边与孔壁发生剧烈的摩擦，引起钻头的剧烈振动。此工 钢大，必须严格控制切削温度，防止刀具（钻头） 件材料线膨胀系数要比45#钢大，必须严格控制切削温度，防止刀具（钻头）振动
4.积屑瘤 积屑瘤
钻削时，靠近钻头刃口的工件材料变形越大，内外摩擦也越严重，因此， 钻削时，靠近钻头刃口的工件材料变形越大，内外摩擦也越严重，因此， 这一部位的切削热最高，由于是深孔钻削加工，切屑在排出时， 这一部位的切削热最高，由于是深孔钻削加工，切屑在排出时，会使含有较 高温度部分金属在刃口前面停滞下来，形成楔块。 高温度部分金属在刃口前面停滞下来，形成楔块。 这种楔块人们叫它积屑瘤。由于积屑瘤的形成，造成摩擦力加大， 这种楔块人们叫它积屑瘤。由于积屑瘤的形成，造成摩擦力加大，而且钻头 外缘尖角上积屑瘤对孔壁的质量也有影响，随着钻孔时间加长， 外缘尖角上积屑瘤对孔壁的质量也有影响，随着钻孔时间加长，会引起孔径 局部扩大，切屑瘤在消失流去时，又会带走刀具材料，造成切屑刃的磨损。 局部扩大，切屑瘤在消失流去时，又会带走刀具材料，造成切屑刃的磨损。
不锈钢深孔钻削加工
常用的不锈钢材料有1 常用的不锈钢材料有 Cr18Ni9Ti、2Cr13、3Cr13等，具有一定的 、 、 等 耐腐防锈性能，但其强度、耐压、防磁等方面略显不足。 耐腐防锈性能，但其强度、耐压、防磁等方面略显不足。而近年来 广泛使用的沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb(简称 简称PH17-4)，具有 广泛使用的沉淀硬化不锈钢 简称 ， 优良的强度和耐蚀性，弥补了奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的不足， 优良的强度和耐蚀性，弥补了奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的不足， 被广泛应用于航空、航天、石油、仪器等行业， 被广泛应用于航空、航天、石油、仪器等行业，尤其在石油井下仪 器外壳中大量使用。在经过固溶处理后， 器外壳中大量使用。在经过固溶处理后，这种材料的硬度可高达 HRC38 以上，强度 以上，强度σb≥1100MPa、σs≥1000MPa均高出 均高出2Cr13材 、 均高出 材 料约2倍 耐蚀性要比2Cr13或3Cr13优良很多，因此非常适合于井 优良很多， 料约 倍，耐蚀性要比 或 优良很多 下仪器外壳所要求的耐压、耐腐蚀及防磁性能。 下仪器外壳所要求的耐压、耐腐蚀及防磁性能。
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8.振动 振动
钻孔中引起振动的原因很多，如机床的刚性差，各部分的传动间隙大； 钻孔中引起振动的原因很多，如机床的刚性差，各部分的传动间隙大； 钻头细而长，刃磨不对称，刀刃过于锋利，后角太大，以及工件太薄等，由 钻头细而长，刃磨不对称，刀刃过于锋利，后角太大，以及工件太薄等， 振动带来的危害性很大，它将影响到工件表面粗糙度，造成孔形误差， 振动带来的危害性很大，它将影响到工件表面粗糙度，造成孔形误差，出现 多棱形，以及导致钻头崩刃和折断钻头等。 多棱形，以及导致钻头崩刃和折断钻头等。
线膨胀系数
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1.摩擦 摩擦
在钻削过程中，充分了摩擦运动，它是一切不利因素的重要根源。 在钻削过程中，充分了摩擦运动，它是一切不利因素的重要根源。从工 件被“ 下时形成了内摩擦开始，到钻头、 件被“切”下时形成了内摩擦开始，到钻头、螺旋槽与孔壁的摩擦及切屑本 身的挤压和碰撞所产生的外摩擦，随着钻孔的不断加深， 身的挤压和碰撞所产生的外摩擦，随着钻孔的不断加深，这种摩擦随之不断 加大。 加大。
PH17-4(沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb)特点 特点
硬度 强度 塑性 导热系数
由于此种不锈钢在未热处理强化之前，其金相组织为马氏体，在切削过程中容易形成加工硬化（冷硬现象）， ），从而 由于此种不锈钢在未热处理强化之前，其金相组织为马氏体，在切削过程中容易形成加工硬化（冷硬现象），从而 使刀具磨损加剧，有时甚至引起振动，增加表面粗糙度，而且切屑硬化后容易折断， 使刀具磨损加剧，有时甚至引起振动，增加表面粗糙度，而且切屑硬化后容易折断，不利于切削区域散热以及刀具 寿命的提高
6.钻头的磨损 钻头的磨损
上述这些问题在对钻孔过程中对钻头的磨损有直接的影响，特别是在钻 上述这些问题在对钻孔过程中对钻头的磨损有直接的影响， 深孔时，问题更为突出。 深孔时，问题更为突出。 当切削力加大，磨损严重，切削温度增高时，由于热效应的作用， 当切削力加大，磨损严重，切削温度增高时，由于热效应的作用，切削刃与 工件、切屑之间产生了熔接的趋势，切削刃上的分子不断被切屑带走， 工件、切屑之间产生了熔接的趋势，切削刃上的分子不断被切屑带走，这样 加剧了钻头的前、后面及刃带上的摩擦。 加剧了钻头的前、后面及刃带上的摩擦。