不銹鋼取樣錐微孔加工工藝國內(nèi)技術(shù)也很牛哦

摘要：分析不銹鋼取樣錐微孔類零件的加工工藝，攻克不銹鋼微孔加工難關(guān)，助力高端試驗室檢測設(shè)備國產(chǎn)化加速。取樣錐是LC－MS（液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用）/ICP－MS（電感耦合等電離子體質(zhì)譜）上的核心關(guān)鍵器件，該件在使用過程中需要經(jīng)常維護和更換取樣錐，采購渠道主要從國外進(jìn)口。采購周期較長，費用也較高，且國際一線設(shè)備商一般都與國外專業(yè)加工廠商簽有排他性協(xié)議，不得為競爭對手加工同樣或類似的零件，設(shè)備國產(chǎn)化研制進(jìn)程緩慢。1.圖樣工藝分析如圖1所示，零件材料為進(jìn)口的SUS316L，該零件的主要加工難點有：（1）316L不銹鋼材質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)低，加工硬化嚴(yán)重，特別是錐孔底部的薄弱處。（2）定制的64°內(nèi)錐孔成形刀尖部磨損嚴(yán)重，刀尖斷裂的風(fēng)險很高，錐孔底部尺寸難加工到位。（3）φ

0.35mm的鉆頭（粗加工）及φ

0.4mm的鉆頭（擴孔）剛度差，截面積小，散熱慢，鉆頭磨損嚴(yán)重，斷裂的風(fēng)險極高。（4）內(nèi)外圓同軸度不高、錐底部結(jié)構(gòu)薄弱，存在變形、孔徑超差、圓度超差、破邊及毛刺不易去除等問題，這些問題都會影響到零件裝機后的測試靈敏度，關(guān)系到整機性能。（5）φ

0.4mm的圓柱長度只有0.02mm，沒法實現(xiàn)，經(jīng)與研發(fā)部門討論后改為0.1（+0.1，+0.05）mm，但加工難度仍然很高。2.加工過程（1）數(shù)控車。按圖2所示的工藝圖加工至圖樣要求，也可按圖3所示加工。圖2中右端面、圖3中右端面及錐面都留有0.2mm的加工余量，此工序加工時建議采用圖2所示工藝加工，φ10.5mm的圓柱長度有利于后續(xù)工序裝夾，圖3在調(diào)頭加工下一工序時，裝夾長度過短、裝夾精度降低。加工時需一次裝夾，加工出各部位的尺寸。（2）加工中心調(diào)頭加工，以φ

10.5mm的外圓定位裝夾、校正并找正圓心，鉆φ

0.35mm、深1mm的微孔，如圖4所示。鉆不銹鋼微孔時的注意事項：微孔鉆頭刃部細(xì)長、剛性差、易偏斜及斷裂，又因為不銹鋼材質(zhì)導(dǎo)熱差、硬化層嚴(yán)重及鉆頭排屑不暢，導(dǎo)致升溫快、磨損嚴(yán)重等問題。針對上述問題選用了日本CKK品牌的微孔鉆頭，如圖5所示，該鉆頭專為微孔加工開發(fā)，鉆頭采用柄部加粗結(jié)構(gòu)，增加鉆頭剛性，適用于不銹鋼、鈦合金及合金鋼等材質(zhì)，該規(guī)格鉆頭推薦的加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速11000r/min，進(jìn)給速度45mm/min，為了提高鉆頭的壽命，在實際加工中將進(jìn)給速度下降至20mm/min，轉(zhuǎn)速不變，切入時進(jìn)給速度vf=10mm/min，每次進(jìn)刀0.05mm，退刀一次，切入后變?yōu)関f=20mm/min，每進(jìn)刀1mm，退刀一次，轉(zhuǎn)速仍為11000r/min，加工模式為G83鉆孔，經(jīng)鉆削驗證，加工過程順利，沒有斷鉆頭，孔的尺寸也很穩(wěn)定。φ

0.35mm微孔鉆削中還有兩個關(guān)鍵點需要注意：①中心孔必須鉆正，且鉆尖橫刃要足夠小，不然起不到定心作用。②盡可能的采用高速機床及專用高精度刀柄，如圖6、圖7所示。該機床轉(zhuǎn)速最高18000r/min。（3）加工中心找正外圓及圓心，去內(nèi)錐孔余量。先分別鉆φ

7.5mm、φ

4mm、φ

2mm及φ1mm的孔，深度如圖8所示；再粗精鏜φ

7.5mm孔到φ

8（±0.02）mm、深7.12（-0.05，-0.1）mm、用兩把φ8mm硬質(zhì)合金棒（不銹鋼專用）改制成的錐孔刀粗精鉆64°錐孔（見圖9）。64°錐孔的深度尺寸很關(guān)鍵，用成形刀鉆削時，因為刀尖不準(zhǔn)確，對刀時誤差會很大，過淺會導(dǎo)致錐孔與φ

8mm圓柱接不順；過深會導(dǎo)致錐孔底部φ

0.4mm孔圓柱長度消失，零件直接報廢，為此，設(shè)計了圖10所示錐孔深度檢驗工裝，通過加工中不斷調(diào)整深度及檢測，來精確控制64°錐孔深度。64°錐孔成形刀如圖11所示，該刀具是在工具磨床上磨削出來的，為防止加工中刀尖崩裂，將刀尖尖部做了磨平處理，磨平后的刀尖不大于0.3mm，粗鉆錐孔時轉(zhuǎn)速800r/min、vf=30mm/min，每次進(jìn)刀0.2mm，退一次刀；精鉆錐孔時轉(zhuǎn)速不變，vf=30mm/min，每次進(jìn)刀0.2mm，退一次刀。粗精加工都采用G83模式鉆孔，勤排屑。（4）數(shù)控車。按圖12所示，制作專用工裝心軸，用螺紋環(huán)軸向鎖緊，精車外錐及總長。車外錐時有2個關(guān)鍵點需要注意：①精車外錐時，車刀要采用大前角的35°菱形刀片，刀尖R0.2mm，減小切削阻力，防止錐口擠壓變形。②心軸與零件圓柱內(nèi)孔面的配合間隙控制在0.01mm以內(nèi)，且心軸軸線與主軸旋轉(zhuǎn)軸線的同軸度要控制在0.005mm以內(nèi)，越高越好，一旦間隙及心軸軸線同軸度誤差過大，會導(dǎo)致偏心，錐孔口部會破邊（圖樣單邊厚度只有0.05mm），零件直接報廢。③按圖12所示加工的心軸會存在過定位情況，可將心軸外錐部分車小0.05mm或0.1mm左右，靠端面及圓柱部分定位，加工時就能很好地保證總長公差。（5）加工中心。采用圖12所示的心軸工裝，校正并找正圓心，用圖6或圖7所示的高速鉆銑中心、高精度刀柄、φ

0.4mm日本CKK鉆頭，擴φ

（0.4±0.01）mm達(dá)圖1所示圖樣要求。此工序加工注意事項：錐口處很薄弱，φ0.4mm孔在鉆削中進(jìn)給量不能過快，如果過快，可能是擠壓而不是鉆削，會導(dǎo)致孔徑超差、圓度超差、孔口脹裂及毛刺嚴(yán)重等問題。（6）終檢。其他的尺寸及公差檢驗都較容易，φ

0.4mm孔不易用常規(guī)的檢驗方法（通止規(guī)等），此次借助了顯微鏡檢驗（共加工7件，抽取4件做對比），結(jié)果如附表所示。了；但第1件孔徑超差（偏?。?，第4件有毛刺，圓度超差。3.疑點解析（1）為何要選擇進(jìn)口SUS316L材料。該零件在使用中需要電加熱，還有液態(tài)流體穿過，必須防銹及耐一定的腐蝕及高溫氧化；錐口薄弱處結(jié)構(gòu)對材質(zhì)的考驗很高，所以選用進(jìn)口SUS316L。（2）加工過程中的第2工序——粗鉆φ

0.35mm孔，為何不放在第3工序與內(nèi)錐孔一起加工，還能減少一次裝夾？如果放在第3工序加工，必須先將內(nèi)錐孔加工好，再鉆中心孔，然后鉆φ

0.35mm孔，一是中心鉆及鉆頭要懸長些，刀具裝夾精度會降低；二是切屑會積在內(nèi)錐孔里，較難排出，鉆頭斷裂風(fēng)險高；三是鉆頭在鉆穿底面時，鉆頭兩刃的切削力會不平衡，材料被鉆穿時的撕裂力會影響鉆頭剛度，甚至斷裂。如放在第2工序就沒有這樣的風(fēng)險，且操作方便。（3）內(nèi)錐孔及φ

0.4mm為何不采用電火花放電工藝？因為放電過程中，電極存在損耗，尺寸、圓度、表面粗糙度都很難控制好。即使采用損耗小的鎢銅電極或硬質(zhì)合金電極、主軸帶C軸功能的電火花機床，雖能提高尺寸精度及圓度，但表面粗糙度值要達(dá)到Ra=0.8μm還是較難，雖然鏡面電火花工藝能實現(xiàn)Ra=0.8μm的表面粗糙度值，但外協(xié)成本較高，且沒有實際驗證過該工藝，較難判定合理性，相比鉆削加工沒有優(yōu)勢，故采用鉆削工藝。（4）毛刺去除。φ

0.4mm孔圖12作為最終加工工序，加工后的孔去毛刺要非常仔細(xì)，須借助投影儀或放大鏡放大毛刺并去除，因零件全部表面粗糙度值都不得超過Ra=0.8μm，所以要選用3000目以上的砂紙修磨毛