关于不锈钢密封件加工工艺的研究

关于不锈钢密封件加工工艺的研究

吴奕渠江树民丁锐伟

广东联和不锈钢企业有限公司广东潮州521000

摘要：不锈钢密封件主要是由含镍量超出8.0%，或者含铬量超出12.0%的合金钢制备成的合金件，广泛应用于压力容器、高速接合面、高温高压阀盖等模块。因此，本文以不锈钢密封件加工为切入点，阐述了不锈钢密封件加工难点，解析了不锈钢密封件加工过程，并对不锈钢密封件加工注意事项进行了简单的分析。

关键词：不锈钢；密封件；加工工艺

前言

不锈钢密封件在实际应用过程中，不仅可以防止固体微粒、或者流体从相邻接合面泄露到外部，而且可以阻断外界灰尘、水分或其他杂质侵入设备内部。但是由于该合金钢密封件在加工阶段加入了较多的金属元素，在其加工过程中，极易出现切削阻力大、切削温度突增、切削硬化等问题，整体加工难度较大。因此，对不锈钢密封件加工工艺进行适当分析就变得非常必要。

1.不锈钢密封件加工工艺实施难点

1.1加工硬化严重

在不锈钢密封件加工工艺实施过程中，由于其塑性较大。在切削力作用下，不锈钢晶格极易产生强烈歪扭变形、弥散分解情况。进而促使切削加工面形成硬化层，增加了切削加工难度。

1.2切削阻力大

由于在不锈钢密封件切削加工阶段存在较大的塑性变形情况。在切削力一定时会产生较大的切削阻力，对切削效果造成了较大的影响[1]。

1.3刀具粘附磨损风险大

在不锈钢密封件切削加工过程中，由于高温环境下不锈钢材料与刀具材料亲合性较大。极易导致刀具、切屑间出现粘附情况，进而增加刀具粘附磨损概率。

1.4切削温度突增

由于不锈钢密封件所需切削力及分离切屑消耗功率较大，会产生较大切削热。而过多切削热量传入刀具中，就会导致切屑温度出现局部突增，影响切削质量。

2.不锈钢密封件加工工艺实施流程

2.1明确加工工艺实施要求

以某2Gr13不锈钢密封零件加工为例，依据该不锈钢密封件加工特点，可以选择尺寸为φ50.0mm*89.0mm的316L不锈钢。整体密封件加工主要包括车削（外圆φ180-0.038mm、φ280-0.038mm、φ480-0.038mm；孔φ11.8+0.0180mm）、铣削（5.80mm*7.80mm右侧螺纹上平面、5.80mm*1.80mm端面槽）。同时在长度方向82.5±0.18mm位置，螺纹上部两个平面平行度均需达到0.10mm，而螺纹处、密封结合面粗糙度值分别应达到Ra1.4、Ra0.6。

2.2设计加工工艺实施方案

依据上述不锈钢密封件加工工艺实施要求。结合不锈钢密封件加工工艺实施特点，可以设定零件调试加工工序如表1所示：

表1某不锈钢密封件加工调试方案

2.3准备加工工艺实施工具及材料

根据上述不锈钢密封件加工工艺实施流程。结合该不锈钢密封加工工艺现有实施设备特点，事先准备某机床厂生产的斜床身V2型数据车床、HAAS-VFI立式加工中心[2]。

3.不锈钢密封件加工工艺实施要点

3.1配置专门的装夹工具

由于右侧螺纹上平面5.80mm*7.80mm槽、左侧1.80mm端面槽主要加工工具为加工中心三爪卡盘，若两次槽面装夹无法保证零件正确空间位置，就会出现螺纹右侧平面平行度与标准要求不符、平面与左侧顶端端面槽不呈90°的情况。因此，为避免上述问题发生，相关技术人员可在加工中心工作台运行的基础上，在下部进行装夹工具底板的合理设置。并通过T型槽+螺钉的形式，将装夹用具底板、V型块、定位座固定在恰当位置。随后在定位座上，合理设置方形定位块，以便保证方形定位块、密封件左侧1.80mm槽有效配合。在上述模块设置完毕后，可以根据不锈钢密封件加工要求，直接松开锁紧螺钉。并拨开压板，将密封件两处φ280-0.038mm外圆与压板结合。随后分别进行两个位置锁紧螺钉的锁固，在左边加工完毕之后进行右边加工。从根本上解决螺纹面平行度与加工标准不符或者左右两侧断面、平面槽不成90°问题[3]。

3.2优化切槽模块

由于表1中03模块为数据中心三爪卡盘上2.80mm*3.80mm槽加工，在切槽阶段，切断刀不可避免的会在槽两端形成毛刺。此时在数据车床完成表1中08工序时，就会导致立铣刀将一侧毛刺压向梁歪一次，影响螺纹正常配合。进而导致螺纹平面位置、2.80mm*3.80mm槽位置及右侧φ11.8+0.0180mm位置出现振动纹路，粗糙度值超出标准要求。为避免上述问题出现，技术人员可以在表1工序03切槽切断、08立铣刀铣削加工后，增设精加工工序。即利用一把外圆刀，沿初始加工方向，进行去毛刺作业。在这个基础上，采用高转速低进给模式代替以往加工方式。即调整切削深度为0.28mm，进给量为0.045mm/r，主轴转速为4450r/min。配合VNBR0620-02刀片及S25.0G-SVNR12SN的合理应用，可以保证车削高硬度与不锈钢材料刚度一致，从根本上改变孔加工问题。

3.3确定刀具参数

合理确定刀具参数，对于提高数据车床、加工中心立铣刀、切槽刀寿命、工具加工质量具有重要的影响。常用的刀具参数主要为前角、主副偏角、后角、卷屑槽、刃倾角、切削速度及进给量、背吃刀量[4]。

首先，在前角及主副偏角、后角确定时，可以在确定刀具具有充足强度，且不崩刃的基础上，尽可能选择较大的刀具前角。以降低刀具切削阶段产生的切削阻力、切削温度及硬化层深度。一般不锈钢密封件车削前角应在11.5°±0.50°。同理，在刀具后角设置时，应优先选择较大的后角，以保证切削厚度与施工规范相符。一般来说，在粗加工阶段，刀具后较应在8.0°±2.0°左右；而精加工时，应控制加工刀具后角在15.0°±5.0°之间。必要情况下，技术人员可以采用主刀刃上负倒棱的方式，同步提高刀具耐磨损能力、刀具强度。同时在主副偏角确定时，应控制刀具主副偏角分别在60°±15°、12±4.0°左右。

其次，在卷屑槽、刃倾角确定时，基于不锈钢密封件材料塑性大、韧性强、切削断屑难度大等特点，可以前刀面断屑槽参数、切削用量为控制要点。选择双刃倾角+外斜式卷屑槽的方法，促使整体切屑截面呈现棱面，促使切屑沿卷屑槽导流卷曲成短紧螺旋形。同时由于刃倾角对刀尖强度、切屑流动方向具有直接的影响。因此，应该设定刃倾角在零值以下，一般为-5.0°±-2.0°；而在断续切削时，则需要控制刃倾角在-10.0°±-5.0°左右。

再次，在切削速度及进给量设置时，为保证不锈钢密封件加工刀具运行年限及运行质量，一般应调整切削速度至车削普通碳钢的50.0%±10.0%左右。如在车外圆加工时，可调整切削速度在4450.0r/min左右；在镗孔、切断加工时，可调整加工速度在4400.0r/min左右；在车螺纹加工模块，可调整加工速度至4420.0r/min左右；在钻孔加工模块，可调整加工速度至3890r/min。同时为保证不锈钢密封件加工表面质量，可以选择较小的进给量。如在车外圆切削进给量设置时，可调整车外圆切削进给量为0.045mm/r；在镗孔加工时，可调整切削用量为0.25mm/r；在车螺纹模块，可调整切削进给量在0.85mm/r左右。

最后，在背吃刀量及刀尖圆弧设置时，一般粗加工时，可设定背吃刀量在3.50mm±1.50mm之间；而在精加工时，可设定背吃刀量在0.35±0.15mm左右。如在车外圆加工时，可调整背吃刀量在0.80mm左右；在车螺纹加工期间，可调整背吃刀量在0.85mm左右。同时基于不锈钢密封件加工对刀尖强度的要求，需要磨出半径为0.60±0.20mm左右的刀尖圆弧。根据加工精度、工件直径、进给量大小，可以设置不同的刀尖圆弧数值。如对于大直径工件粗加工，且进给量较大，则需要设定的刀尖圆弧半径在0.80mm左右，反之则可以设定刀尖圆弧在0.40mm左右。

此外，由于不锈钢密封件切削加工区域温度较高，为保证切削效果，可以选择高压喷注四氯化碳+矿物油，或者硫化油雾冷却的方式，提高切削液润滑性能、渗透性。

4.总结

综上所述，在不锈钢密封件加工工艺实施过程中，极易出现螺纹平面平行度与规范要求不符、平面与左侧顶端断面槽不成90°、螺纹平面粗糙度值过高等问题，为了避免上述问题出现，不锈钢密封件加工技术人员可以在恰当的加工工艺实施工具及材料准备的基础上，根据端面槽、右侧螺纹平面加工要求，设置专门的装夹工具。并对切槽刀加工模块进行适当优化，保证不锈钢密封件加工工艺实施质量。

参考文献：

[1]王庭俊.AISI304不锈钢的车削加工[J].工具技术，2017，51（1）：40-41.

[2]尹富斌.奥氏体不锈钢铣削加工工艺分析[J].科技创新导报，2017（10）：109-109.

[3]孙树通.不锈钢芯棒轴的切削加工[J].科教文汇（下旬刊），2017（9）：106-107.

[4]王纪来，曹媛媛，肖丽媛.双相不锈钢切削加工工艺[J].内燃机与配件，2018，No.260（8）：132-133.