不銹鋼管道帶壓開孔你是否損失了幾個刀？原因在這里

關于不銹鋼管道材質的分類以及這些類型管道在帶壓開孔作業(yè)時的物理表象在以前的文章中已經(jīng)明確闡述，這里就不再贅述。下面就不銹鋼管道帶壓開孔時的特性及其原因進行分析并以此為根據(jù)找出相應的設備改制和改進的解決方案。

總體上講，不銹鋼管道材質的在帶壓開孔刀的切削加工的表現(xiàn)要比中碳鋼相差很多。我們僅以普通的45號鋼管道進行帶壓開孔作業(yè)時的切削加工性如果假設為100%，則奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削和鉆孔的加工性為40%左右；而鐵素體不銹鋼的加工性1Cr28為48%左右；馬氏體不銹鋼2Cr13為55%。

從以上數(shù)據(jù)中可以分析得出，雙相不銹鋼的材料為奧氏體和奧氏體+鐵素體，那么雙相不銹鋼的切削加工性是所有不銹鋼中帶壓開孔性能最差的一種材料。而實際的測驗結果也證明了這一觀點。也就是說，雙相不銹鋼在帶壓開孔作業(yè)切削性能最差，也是最耗費帶壓開孔刀體和鉆頭的一種不銹鋼材料。不銹鋼材質的管道在帶壓開孔刀的切削過程中有如下幾方面特點：

1.管壁切削加工后硬化嚴重

在不銹鋼管道材料中，以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼為代表的雙相不銹鋼加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度sb達1470～1960MPa，而且隨sb的提高，屈服極限ss升高；退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼ss不超過的σb30%～45%，而加工硬化后達85%～95%。加工硬化層的深度可達切削深度的1/3或更大；硬化層的硬度比原來的提高1.4～2.2倍。因為不銹鋼的塑性大，塑性變形時品格歪扭，強化系數(shù)很大；且奧氏體不夠穩(wěn)定，在切削應力的作用下，部分奧氏體會轉變?yōu)轳R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(chǎn)生硬化層。前一次進給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴重影響后續(xù)工序的順利進行。

1.1以上所示的sb是指在簡單拉伸試驗中，三個主應力有兩個是零，最大主應力就是試件橫截面上該點的應力，當這個應力達到材料的極限強度sb時，試件就斷裂。因此，根據(jù)此強度理論，通過簡單拉伸試驗，可知材料的極限應力就是sb。于是在復雜應力狀態(tài)下，材料的破壞條件是

s1=sb (a)

考慮安全系數(shù)以后的強度條件是

s1≤[s] (1-σ9)

需指出的是：上式中的s1必須為拉應力。在沒有拉應力的三向壓縮應力狀態(tài)下，顯然是不能采用第一強度理論來建立強度條件的。

1.2第四強度理論

首先介紹一下形狀改變比能，然后再計算強度條件的推導。

物體在外力作用下會發(fā)生變形，這里所說的變形，既包括有體積改變也包括有形狀改變。當物體因外力作用而產(chǎn)生彈性變形時，外力在相應的位移上就作了功，同時在物體內(nèi)部也就積蓄了能量。例如鐘表的發(fā)條（彈性體）被用力擰緊（發(fā)生變形），此外力所作的功就轉變?yōu)榘l(fā)條所積蓄的能。在放松過程中，發(fā)條靠它所積蓄的能使齒輪系統(tǒng)和指針持續(xù)轉動，這時發(fā)條又對外作了功。這種隨著彈性體發(fā)生變形而積蓄在其內(nèi)部的能量稱為變形能。在單位變形體體積內(nèi)所積蓄的變形能稱為變形比能。

由于物體在外力作用下所發(fā)生的彈性變形既包括物體的體積改變，也包括物體的形狀改變，所以可推斷，彈性體內(nèi)所積蓄的變形比能也應該分成兩部分：一部分是形狀改變比能md ，一部分是體積改變比能mq 。它們的值可分別按下面的公式計算

md = (1-σ2)

mq = (1-σ3)

從以上這兩個公式表明，在復雜應力狀態(tài)下，物體形狀的改變及所積蓄的形狀改變比能是和三個主應力的差值有關；而物體體積的改變及所積蓄的體積改變比能是和三個主應力的代數(shù)和有關。

2.切削力增大

不銹鋼管道材質在帶壓開孔刀的切削過程中塑性變形大，尤其是奧氏體不銹鋼（其伸長率超過45號鋼的1.5倍以上），使切削力增加。主要表現(xiàn)為帶壓開孔機主機切削的功率降低和切削轉速減緩。同時，不銹鋼管道材料的加工硬化嚴重，熱強度高，進一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也變得越來越困難。

正是因為以上原因，造成帶壓開孔刀在切削不銹鋼管道時，所需要的切削力應當適當增大，才能抵消由硬化和伸長率所帶來的摩擦力增長和功率損失。一般來說，在與45號鋼管道帶壓開孔作業(yè)中，不銹鋼管道開孔的功率要高出25%左右。

3.切削溫度增高

在不銹鋼管道進行帶壓開孔作業(yè)施工中，帶壓開孔刀對管道壁切削其塑性變形及與刀具間的摩擦增大，其所產(chǎn)生的切削熱多。而且不銹鋼的導熱系數(shù)要比約為45號鋼的低一半以上，也就是達到鋼材切削的1/2或1/4左右，大量切削熱都集中在切削區(qū)域和帶壓開孔刀及切屑接觸的界面上，散熱條件相對較差，熱量在局部區(qū)域聚集。在實驗中測試，同樣按照《先鋒管道帶壓開孔流程》中規(guī)定的相同操作方法，且在相同的切削條件下，1Cr18Ni9Ti材質的管道切削溫度比45號鋼質管道高出70-100℃左右。

4.切屑不易折斷、易粘結

不銹鋼管道的塑性、韌性都很大，刀具在進行切削時切屑表現(xiàn)為連續(xù)且不易斷折，這不僅影響帶壓開孔操作的順利進行，切屑還會擠在加工表面。并且未斷折的切屑在高溫、高壓的條件下，不銹鋼材質與其他金屬的親和性增強，易與帶壓開孔刀的鐵素及合金刀頭表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤。既加劇了帶壓開孔刀具的磨損，又會出現(xiàn)撕和粘接現(xiàn)象而使刀具及管道壁表面加工環(huán)境進一步惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點表現(xiàn)的更為明顯。

在不銹鋼管道進行帶壓開孔作業(yè)時，還管材膨脹及刀具磨損等情況，將在以后的文章中再進行詳細分析。

參考文獻：

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