不锈钢材料的车削加工
图4
一稳定数值。（2）图2中
转矩转速传感器5测得的转矩T 2要小于转矩转速传感器2测得的转矩T 1，即T 2 输入轴上，T 1施加到主试减速器3的输入轴 上，结合负荷效率曲线（图4）则陪试减速器4在此种“两台背对背试验”中所发挥的效率要小于主试减速器3所发挥的效率。这样一来求得的两台减速器的平均效率η就要小于主试减速器的实际效率。3.2 润滑油对效率测试的影响 我们知道，在减速器实际运转过程中，减速器所传递的全部功率除供给其配套主机做功外，还有一部分能量损失：如系统构件转动惯量损耗、滚动轴承的摩擦发热、渐开线齿轮传动过程中齿面间相对滑动所致的发热、齿轮运转过程中的搅油飞溅损失等。 在进行“两台背对背试验”进行效率测试的过程中，经过抽样的两台减速器已经给定，但减速器内加注润滑油的多少与润滑油的牌号一定要依据设计文件或标准给 定的要求（如JB/T8853-2001《圆柱齿轮减速器》中要求：当高速级齿轮圆周速度v ≤2.5m/s ，或环境温度在35℃~50℃时，推荐选用中负荷工业齿轮油320，当v >2.5m/s 或采用循环润滑时，推荐选用中负荷工业齿轮油220）：润滑油量过多会增加齿轮的搅油飞溅损失，使测得的效率降低；润滑油牌号的合适与否直接影响润滑油的黏度，润滑油黏度过高同样会使测试效率降低。4 结语 通过上述实例分析，我们知道了“两台减速器背对背”效率测试过程中测得的效率η要低于主试减速器的实际效率，但只要测得的效率能够满足减速器标准或相应减速器试验规范中的要求，则该减速器的效率测试就是合格的，而适量、合适牌号的润滑油又会使抽样试验的减速器效率测试更加接近实际。 ［参考文献］ ［1］JB/T8853-2001， 圆柱齿轮减速器［S ］.［2］MT/T101-2000，刮板输送机用减速器检验规范［S ］. （编辑毕 胜） 作者简介：闫焕景（1976-），男，工程师，主要从事机械设计与工艺方 面的工作。 收稿日期：2011-10-07 不锈钢材料的车削加工 柳林林 （哈药集团制药总厂123车间， 哈尔滨150086）1不锈钢的切削特点 不锈钢材料切削性能较差，在实际的切削过程中，存 在着如下一些问题： （1）加工硬化较严重 产生加工硬化原因有三个方面：一是由于不锈钢材料的塑性变形大，变形时晶格的强化系数很大；二是切削过程中，在切削应力的作用下，由于奥氏体稳定性差，会转变为马氏体，马氏体硬度较大；三是切削过程中温度的影响会导致硬化层。加工硬化现象严重影响到后面工序的进行。 （2）切削力比较大 由于不锈钢材料在切削过程中的塑性变形大，并且切削过程中还存在加工硬化，使切削力大大增加，对于切削刀具要进行合理的选择。 （3）切削温度较高 由于不锈钢的塑性变形大，工件与刀具的摩擦会加剧，切削热量会增加，同时温度过高还会出现加工硬化现象。 （4）切屑易粘连 由于不锈钢的韧性很大，车削加工后切屑不易切断，并且切屑会在工件与刀具间挤压已加工的表面，影响了切削表面的质量，如果粘连严重，会形成积屑瘤，不仅加大了刀具的磨损，同时对已加工表面磨损很大。 （5）刀具磨损量大 由于不锈钢材料的韧性大，切屑的粘连以及加工硬化均会加大刀具磨损量。 针对不锈钢材料切削时出现的这些问题，我们在实际的切削过程中，应采取相应的措施。2 合理选择刀具材料 根据不锈钢材料的切削特点，要求刀具材料具有耐 摘要： 针对不锈钢材料的特点，文中介绍了刀具材料、刀具几何参数、切削用量、冷却润滑液的选择方法。关键词： 不锈钢；切削；材料中图分类号：T G51文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2011）12－0173－02 173 机械工程师2011年第12期 解决方案 SOLUTION 工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造 η100% 025%50%75%100%125% T 1 !!!!!!!!!! 热性好、耐磨性高、与不锈钢材料的亲和力小等特点，常用的刀具材料有高速钢和硬质合金钢。高速钢材料的刀具，常用的材料有W18Cr4V 和95W18Cr4V ，后者的含碳量较前者高，其耐用度也提高了几倍，耐磨性也较高。同时刀具材料中含钒量的增加，可很好地提高刀具的耐磨性。 对于大批量的工件，现在多采用硬质合金多刃复杂刀具进行切削。 硬质合金材料的刀具，有YG 类和YT 类硬质合金材料，粗车和断续车削时采用YG 类合金材料要好一些，因为YG 类材料的韧性较好， 切削速度较快，并且刀具与切屑不粘连。同时，YG 类材料的导热性也较好。YT 类合金材料可进行半精加工及精加工。3 刀具几何参数的选择 刀具的几何参数对于刀具的切削力、刀具耐磨性以及加工工件的表面质量有很大的影响，具体的选择如下刀具的几何参数： （1）刀具的前角 刀具的前角直接影响刀具的强度、 耐用性。适当增大前角可减小切削热量，切削温度不会过高，提高刀具的耐用度，若前角过大，切削变形量会增大，切削产生的热量不易很快散掉，反而会降低刀具的耐用度；前角过小，切削力会增大，不容易排屑，容易形成积屑瘤，因此在切削不锈钢时，通常前角取12°～20°。 （2）刀具的后角 后角过小，刀具与工件表面摩擦加剧，严重影响工件的表面质量，并且加剧了刀具的磨损，影响刀具的使用寿命；后角过大，刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加大了刀具的磨损。通常情况下，后角取5°～8°较合适，最大不超过10°。 （3）刀具的主偏角 采用较小的主偏角可以增加切削刀刃的工作长度，利于切削热量的散发，同时会增大切削过程中径向力，容易产生振动。 在保证机床及刀具刚性的情况下，可以适当的加大刀具的主偏角。 （4）刀具的刃倾角 为增强刀尖强度及加大切屑的变形，通常保证刃倾角在0°～5°之间，实际生产中，通常采用双刃倾角车刀更容易断屑，防止切屑粘连。 （5）刀具的结构 外圆车刀常采用Y 型圆弧轧断屑槽，在近刀尖处切屑的半径大，远刀尖处切屑的半径小，同时保证了切屑翻向待加工的表面，不会破坏已加工表面。4 切削用量的选择 针对不同种类的不锈钢，由于其铬、镍含量的不同，机械性能有明显的差别，选择的切削用量也相应地改变。切削用量对不锈钢的加工硬化、切削力等有很大的影响，特别是对刀具的耐用度影响较大。要从以下几方面考虑切削用量：一是根据工件的硬度条件来选择切削用量；二是根据刀具材料及刀具的几何参数来选择切削用量；三 是根据所要加工的零件尺寸大小及加工余量来选择切削用量。 （1）切削速度 不锈钢材料比普通钢材料难加工，其切削速度也较低，切削速度大会加剧刀具的磨损，针对不同的不锈钢材料有其最合适的切削速度，选择合适的切削速度对于刀具的寿命、 加工的效率及零件的表面质量有很大影响。（2）进给量 进给量过大会降低刀具的耐用度，同时也会影响切屑的排出及工件表面的质量，进给量的大小取决于工件的尺寸及主轴的转速等。 （3）切削深度 粗加工时，可以选用较大的切削深度，减少走刀的次数，减轻了刀具的磨损，但切削深度过大，会加大切削力，从而引起振动。一般粗加工切削深度在2～5mm 。精加工时切削深度要降低，同时要防止出现加工硬化，切削深度在0.2～0.5mm 为宜。5 冷却润滑液的选用 选用的冷却润滑液要保证能带走大量的切削热量，同时由于不锈钢的韧性大，容易形成积屑瘤，冷却润滑液要有较高的润滑作用。通常车削不锈钢所选用的冷却润滑液有硫化油、 煤油加油酸、乳化液等。同时要考虑到有些冷却液对机床有一定的腐蚀，通常与机油按一定的比例混合，能起到更好的效果。6 结语 不锈钢材料的加工相比普通材料钢的加工要难，不仅要考虑到不锈钢材料在加工时易出现的一些加工问题，还要针对不同类型的不锈钢材料的性能选择相应的加工工艺，从而保证加工的质量及加工效率。 （编辑立 明） 作者简介：柳林林（1972-），男，工程师，从事制药机械的维护工作。 收稿日期：2011－09－13 机械工程师2011年第12期 174 解决方案 SOLUTION 工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造 不锈钢加工刀具选择 1．引言 随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展，不锈钢材料已得到广泛应用，而不锈钢材料由于韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形大、加工硬化严重、切削热多、散热困难等原因，造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重、容易产生积屑瘤，既加剧了刀具的磨损，又影响加工表面粗糙度。此外，由于切屑不易卷曲和折断，也会损伤已加工表面，影响工件的质量。为提高加工效率和工件质量，正确选择刀具材料、车刀几何参数和切削用量至关重要。 2．刀具材料的选择 正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类，形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料有：钨钴类（YG3、YG6、YG8、YG3X、YG6X），钨钴钛类（YT30、YT15、YT14、YT5），通用类（YW1、YW2）。YG类硬质合金的韧性和导热性较好，不易与切屑粘结，因此适用于不锈钢粗车加工；而YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好，适合于不锈钢的精车加工。加工1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，不宜选用YT类硬质合金，由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti 产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。 〕 3．刀具几何角度的选择 刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。 （1）车刀前角γ0的选择 前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。车削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削热降低，减轻加工硬化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°～20°。 1 什么是不锈钢？ 通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度(>450℃)下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。 钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化膜，保护金属内部不受腐蚀；但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织以及物理力学性能。这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能热处理。 由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。所含的合金元素对切削加工性影响很大，有的甚至很难切削。 2 不锈钢可分为哪几类？ 不锈钢按其成分，可分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。 工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类： 1.马氏体不锈钢：含铬量12%～18%，含碳量0.1%～0.5%(有时达1%)，常见的有1Cr13、2 Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。 2.铁素体不锈钢：含铬量12%～30%，常见的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1 Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。 3.奥氏体不锈钢：含络量12%～25%，含镍量7%～20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr1 8Ni9Ti，常见的还有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2 Cu2Ti、0Cr23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。 4.奥氏体+铁素体不锈钢：与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量的铁素体，常见的 有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2 N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。 5.沉淀硬化不锈钢：含有较高的铬、镍和很低的碳，常见的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7A l、0Cr15Ni7M02Al等。 前两类为铬不锈钢，后三类为铬镍不锈钢。 3 不锈钢有哪些物理、力学性能？ 1.马氏体不锈钢：能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性， 有的有磁性，但内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性，切削加工较困 难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。 当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时容易产生积屑瘤，且断屑困难，工件已加工表面质量低。含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。 一切削难加工材料的综合分析 1.1不锈钢简介 通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度(>450℃)下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。 钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化膜，保护金属部不受腐蚀；但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的部组织以及物理力学性能。这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能热处理。 由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。所含的合金元素对切削加工性影响很大，1.2不锈钢的分类 不锈钢按其成分，可分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类： 1）马氏体不锈钢：含铬量12%～18%，含碳量0.1%～0.5%(有时达1%)，常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。 2)铁素体不锈钢：含铬量12%～30%，常见的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。 3)奥氏体不锈钢：含络量12%～25%，含镍量7%～20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常见的还有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2 不锈钢切削加工 不锈钢切削加工摘要：螺纹类零件10的数控车床加工编程NUM公司力推新一代Axium Power 数控系统数控铣削的编程与工艺分析基于细胞神经网络刀具磨损图像处理的研究中国最大乙烯装置的裂解气压缩机试车成功发动机盲孔除切屑机的研制与应用在不断变化时代的工具钢加工什么是智能变送器？机械故障的形成及其特性分析数控车间(机床)集成管理技术及产品浅谈CAD的特征造型技术轴承钢的表面强化方法如何进行电话销售？拉刀齿距及同时工作齿数的确定大型水轮机叶片的多轴联动数控加工编程技术张晓静：计算机在冲压领域的应用 PLC位控单元在精密磨削控制中的应用硬质材料铣削技术 CAD技术发展趋势数控机床软件界面人的因素分析 [标签:tag] 1 什么是不锈钢？通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度(450℃)下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。钢中含铬量达12%以上时，. 1?什么是不锈钢？ 通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度(>450℃)下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。 钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化膜，保护金属内部不受腐蚀；但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织以及物理力学性能。这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能热处理。 由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。所含的合金元素对切削加工性影响很大，有的甚至很难切削。2?不锈钢可分为哪几类？ 不锈钢按其成分，可分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。 工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类： 马氏体不锈钢：含铬量12%～18%，含碳量0.1%～0.5%(有时达1%)，常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。?铁素体不锈钢：含铬量12%～30%，常见的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。?奥氏体不锈钢：含络量12%～25%，含镍量7%～20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常见的还有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。?奥氏体铁素体不锈钢：与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量的铁素体，常见的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。?沉淀硬化不锈钢：含有较高的铬、镍和很低的碳，常见的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。 前两类为铬不锈钢，后三类为铬镍不锈钢。 3?不锈钢有哪些物理、力学性能？ 马氏体不锈钢：能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性，切削加工较困难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。 当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时容易产生积屑瘤，且断屑困难， 不锈钢螺纹的车削加工方法全世界因锈蚀而消耗的金属制品约占金属产量的10%，因此提高金属抗蚀性和耐蚀性具有非常重要的意义。不锈钢能够达到相对较好的抗蚀要求，由起初的军用拓展到工业及民用各领域。因此，对各种复杂曲面的不锈钢工件要求量较大。但由于材质的特殊性，加工工艺成为制作产品的难题。 不锈钢材质本身的特殊性： 不同种类的不锈钢由于机械性能和化学成分的不同其数控 切削的难度也不相同。有的不锈钢在切削加工时，很难达到满意的加工表面粗糙度;而有的不锈钢，虽容易达到要求的加工表面粗糙度，但在切削加工过程中刀具却特别容易磨损。经总结，各类不锈钢很难切削的主要原因有以下几个方面： 热强度高、韧性大对数控高速切削不适应奥氏体类不锈钢与马氏体类不锈钢其硬度和抗拉强度不高，只相当于40 号钢，但延伸率、断面收缩率和冲击值却比较高。如 1Cr18Ni9Ti延伸率为40号钢的210%，这样在数控高速切削过程中就不容易被切断，切削变形时所消耗的功相当大。相对来说，不锈钢在高温下的强度降低较少，如45号钢在500°时其持久强度为7kg/mM2，而1Cr18Ni9Ti在550°时其持久强度仍保持在19～24kg /mM2。实践证明，在相同切削温度的作用下，不锈钢切削比普通碳素钢难加工，其热强 度高是一个极其重要的因素； 加工硬化趋势强对数控车削不利在数控高速车削的过 程中，由于刀尖对工件材料挤压的结果使切削区的金属产生变形，晶内发生滑移，晶格畸变，组织致密，机械性能也随着发生变化，一般切削硬度也能增加2～3倍。数控切削后加工硬化层深度可以从几十微米到几百微米不等，因此前一次走刀所产生的加工硬化现象又妨碍了下一次走刀时的切削，并且加工硬化层的高硬度导致刀具特别容易磨损； 切屑的粘附性强、导热差对数控切削有影响在数控切削过程中，切削碎屑很容易牢固地粘附或熔着在刀尖和刀刃上，形成积屑瘤，造成工件加工表面的表面粗糙度恶化，同时增加切削过程中的振动，加速刀具磨损。而且大量的切削热无法及时传导出来，甚至切削产生的热量也无法传导到切屑的整体上，造成传入刀具总热量比普通碳素钢多3～5倍，使切削刃在高温下失去切削性能。在数控切削过程中，所产生的大量热能未能迅速排出，必然会传递给刀具，使切削部位温度升高。同时由于排屑比较困难，尤其是不断屑，使被切削下来的切屑产生挤塞，特别是加工内孔，切屑挤塞更加严重。另外，刀具因受螺纹截面形状的限制，再加之本身强度较差，加工中容易产生振动，刀尖很容易在切削过程中由于局部温度过高而烧坏或因振动太大而崩裂。 数控切削不锈钢刀具的问题及解决对策 不锈钢加工对刀具材质和参数的要求 1 不锈钢加工对刀具的基本要求 对刀具几何参数的要求加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。在选择前角时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱和刃倾角的正负角度大小等因素。不论何种刀具，加工不锈钢时都必须采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清出过程中所遇到的阻力。对后角选择要求不十分严格，但不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应；刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。 对刀具切削部分表面粗糙度的要求提高刀具切削部分的表面光洁度可减少切屑形成卷曲时的阻力，提高刀具的耐用度。与加工普通碳钢相比较，加工不锈钢时应适当降低切削用量以减缓刀具磨损；同时还要选择适当的冷却润滑液，以便降低切削过程中的切削热和切削力，延长刀具的使用寿命。 对刀杆材料的要求加工不锈钢时，由于切削力较大，故刀杆必须具备足够的强度和刚性，以免在切削过程中发生颤振和变形。这就要求选用适当大的刀杆截面积，同时还应采用强度较高的材料来制造刀杆，如采用调质处理的45号钢或50号钢。 对刀具切削部分材料的要求加工不锈钢时，要求刀具切削部分的材料具有较高的耐磨 性，并能在较高的温度下保持其切削性能。目前常用的材料有：高速钢和硬质合金。由于高速钢只能在600°C以下保持其切削性能，因此不宜用于高速切削，而只适用于在低速情况下加工不锈钢。由于硬质合金比高速钢具有更好的耐热性和耐磨性，因此用硬质合金材料制成的刀具更适合不锈钢的切削加工。 硬质合金分钨钴合金(YG)和钨钴钛合金(YT)两大类。钨钴类合金具有良好的韧性，制成的刀具可以采用较大的前角与刃磨出较为锋利的刃口，在切削过程中切屑易变形，切削轻快，切屑不容易粘刀，所以在一般情况下，用钨钴合金加工不锈钢比较合适。特别是在振动较大的粗加工和断续切削加工情况下更应采用钨钴合金刀片，它不象钨钴钛合金那样硬脆，不易刃磨，易崩刃。钨钴钛合金的红硬性较好，在高温条件下比钨钴合金耐磨，但它的脆性较大，不耐冲击、振动，一般作不锈钢精车用刀具。 2 刀具材料牌号的选择 刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产率，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量。宜选择硬度高、抗粘结性和韧性好的刀具材料，如YG类硬质合金，最好不要选用YT类硬质合金，尤其是在加工1Gr18Ni9Ti奥氏体不锈钢应绝对避免选用YT类硬质合金，因为不锈钢中的钛(Ti)和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。生产实践表明，选用YG532、YG813及YW2三种牌号材料加工不锈钢具有较好的加工效果（见附表）。 三种硬质合金牌号的性能比较 1切削过程中的难点及原因分析 在零件试生产时，我们按车削普通碳钢的工艺方法对3Cr13不锈钢进行了车削试验，结果是刀具磨损非常严重，生产率极低，零件表面质量达不到要求。 比较3Cr13钢与40钢、45钢等碳素结构钢的机械性能可知，3Cr1 3钢的强度比40钢和45钢高，它是一种强度高、塑性好的中碳马氏体不锈钢。由于切削时加工硬化严重，切削抗力大，切削温度高，导致刀具磨损严重，磨刀次数增多，增加了停机时间和机床调整时间，降低了生产率。同时又容易粘刀，产生积屑瘤，引起工件尺寸的变化并影响表面粗糙度，而且切屑不易卷曲和折断，易损伤工件已加工表面，影响零件质量。所以，不能用切削45钢的工艺来切削3Cr13,也不能把通用车床上的加工方法照搬到自动车床上来。因为一般自动车床装刀较少，要求最好一次走刀就能使被加工表面达到要求的尺寸和表面粗糙度，以保证较高的生产率。 2主要技术措施 1. 通过热处理，改变材料的硬度 马氏体不锈钢在热处理后的不同硬度，对车削加工的影响很大。表1是用YW2材料的车刀对热处理后不同硬度的3Cr13钢的车削情况。可见，退火状0.10.10.1态的马氏体不锈钢虽然硬度低，但车削性能差，这是因为材料塑性和韧性大，组织不均匀，粘附，熔着性强，切削过程易产生刀瘤，不易获得较好的表面质量。而调质处理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料，车削加工性较好，易达到较好的表面质量。用硬度在HRC30以上的材料加工出的零件，表面质量虽然较好，但刀具易磨损。所以，在条件允许的情况下，可以在材料进厂后，先进行调质处理，硬度达到HRC25～HRC30,然后再进行切削加工。 表1 3Cr13钢材料切削用 量刀具 耐用 度 min 加工表 面粗糙 度 μm ν m/ mi n s m m /r HB240(退火)45 ～ 55 . 1 90～ 115 Ra6.3～ Ra3.2 HRC25～30(调质)45 ～ 55 . 1 95～ 110 Ra3.2 HRC35～38(调质)45 ～ 55 . 1 60～ 75 Ra3.2 2. 刀具材料的选择 在自动车床上车削不锈钢，一般使用的硬质合金的刀具材料有：YG6、YG8、YT15、YT30、YW1、YW2等材料。 常用的高速钢刀具有：W18Cr4V、W6M05Cr4V2AL等材料。我们在切削参数相同的条件 如何解决不锈钢螺纹车削问题 螺纹是机械工程中常见的几何特征之一, 应用广泛。螺纹的加工工艺较多, 如基于塑性变形的滚丝与搓丝, 基于切削加工的车削、铣削、攻螺纹与套螺纹、螺纹磨削、螺纹研磨等。 不同种类的不锈钢由于机械性能和化学成分的不同，其数控切削的难度也不相同。有的不锈钢在切削加工时，很难达到满意的加工表面粗糙度;而有的不锈钢，虽容易达到要求的加工表面粗糙度，但在切削加工过程中刀具却特别容易磨损。经总结，各类不锈钢很难切削的主要原因有以下几个方面： 1 热强度高、韧性大 奥氏体类不锈钢与马氏体类不锈钢其硬度和抗拉强度不高，只相当于40号钢，但延伸率、断面收缩率和冲击值却比较高，这样在数控高速切削过程中就不容易被切断，切削变形时所消耗的功相当大。相对来说，不锈钢在高温下的强度降低较少，如45号钢在500°时其持久强度为7kg/mm2，而1Cr18Ni9Ti在550°时其持久强度仍保持在19——24kg/mm2。实践证明，在相同切削温度的作用下，不锈钢切削比普通碳素钢难加工，其热强度高是一个极其重要的因素。 2 加工硬化趋势强 在数控高速车削的过程中，由于刀尖对工件材料挤压的结果使切削区的金属产生变形，晶内发生滑移，晶格畸变，组织致密，机械性能也随着发生变化，一般切削硬度也能增加2——3倍。数控切削后加工硬化层深度可以从几十微米到几百微米不等，因此前一次走刀 所产生的加工硬化现象又妨碍了下一次走刀时的切削，并且加工硬化层的高硬度导致刀具特别容易磨损。 3 切屑的粘附性强、导热差 在数控切削过程中，切削碎屑很容易牢固地粘附或熔着在刀尖和刀刃上，形成积屑瘤，造成工件加工表面的表面粗糙度恶化，同时增加切削过程中的振动，加速刀具磨损。而且大量的切削热无法及时传导出来，甚至切削产生的热量也无法传导到切屑的整体上，造成传入刀具总热量比普通碳素钢多3——5倍，使切削刃在高温下失去切削性能。在数控切削过程中，所产生的大量热能未能迅速排出，必然会传递给刀具，使切削部位温度升高。同时由于排屑比较困难，尤其是不断屑，使被切削下来的切屑产生挤塞，特别是加工内孔，切屑挤塞更加严重。另外，刀具因受螺纹截面形状的限制，再加之本身强度较差，加工中容易产生振动，刀尖很容易在切削过程中由于局部温度过高而烧坏或因振动太大而崩裂。 4 螺纹粗糙度差的原因及对策 数控切削后螺纹表面粗糙度太差，鱼鳞斑状波纹及啃刀现象是不锈钢螺纹车削中最常遇到的现象，产生这些现象的原因有： (1)螺纹车刀两侧刃后角太小，两侧刃与后面的螺纹表面相摩擦使加工表面恶化，加工时必须考虑螺纹旋转角对两侧刃实际后角的影响。 螺纹车刀的前角太小，刃口不够锋利，切屑不能顺利地被切断，而是部分地被挤压或撕裂下来，必定造成螺纹表面非常粗糙。当前角太大时，刀刃强度削弱且容易磨损、崩裂、扎刀，更容易引起振动而使螺纹表面产生波纹。因此，应根据不锈钢的不同材质选择适当的前角。车削耐浓硫酸用不锈钢螺纹时，应比车削2Cr13不锈钢螺纹采用较小的前角，车 不锈钢零件机加工工艺 1不锈钢材料加工难点 1.1切削力大，切削温度高 该类型材料强度大，切削时切向应力大、塑性变形大，因而切削力大。此外材料导热性极差，造成切削温度升高，且高温往往集中在刀具刃口附近的狭长区域内，从而加快了刀具的磨损。 1.2加工硬化严重 奥氏体不锈钢以及一些高温合金不锈钢均为奥氏体组织，切削时加工硬化倾向大，通常是普通碳素钢的数倍，刀具在加工硬化区域内切削，使刀具寿命缩短。 1.3容易粘刀 论是奥氏体不锈钢还是马氏体不锈钢均存在加工时切屑强韧、切削温度很高的特点。当强韧的切屑流经前刀面时，将产生粘结、熔焊等粘刀现象，影响加工零件表面粗糙度。 1.4刀具磨损加快 上述材料一般含高熔点元素、塑性大，切削温度高，使刀具磨损加快，磨刀、换刀频繁，从而影响了生产效率，提高了刀具使用成本。 2 不锈钢零件加工工艺 通过上述加工难点分析，不锈钢的加工工艺及相关刀具参数设计与普通结构钢材料应具有较大的不同，其具体加工工艺如下： 2.1钻孔加工 在钻孔加工时，由于不锈钢材料导热性能差，弹性模量小，孔加工起来也比较困难。解决此类材料的孔加工难题，主要是选用合适的刀具材料，确定合理的刀具的几何参数以及刀具的切削用量。钻削上述材料时，钻头一般应选用W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4Co8等材质的钻头，这些材质钻头缺点是价格比较昂贵，而且难以采购。而采用常用的W18Cr4V普通标准高速钢钻头钻孔时，由于存在顶角较小、切屑太宽而不能及时排出孔外、切削液不能及时冷却钻头等缺点，再加上不锈钢材料导热性差，造成集中在刀刃上的切削温度升高，容易导致两个后刀面和主刃烧伤及崩刃，使钻头的使用寿命降低。 （1）刀具几何参数设计在采用W18Cr4V普通高速钢钻头钻孔时，切削力及切削温度均集中在钻尖上，为提高钻头切削部位的耐用度，可以适当增大顶角角度，顶角一般选135°～140°，顶角增大也将使外缘前角减小，钻屑变窄，以利于排屑。但是加大顶角后，钻头的横刃变宽，造成切削阻力增大，因而必须对钻头横刃进行修磨，修磨后横刃的斜角为47°～55°，横刃前角为3°～5°，修磨横刃时，应将切削刃与圆柱面转角处修磨成圆角，以增加横刃强度。由于不锈钢材料弹性模量较小，切屑层下的金属弹性恢复大，加之加工过程中加工硬化严重，后角太小会加快钻头后刀面的磨损，而且增加了切削温度，降低钻头的寿命。因此须适当加大后角，但后角太大，将使钻头的主刃变得单薄，减小了主刃的刚性，所以后角应以12°～15°为宜。为使钻屑变窄，利于排屑，还需要在钻头两个后刀面上开交错分布的分屑槽。 （2）切削用量选择钻削时，切削用量的选择应从降低切削温度的基本点出发，因为高速切削将会使切削温度升高，而高的切削温度将加剧刀具磨损，因而切削用量中最重要的是选择切削速度。一般情况下，切削速度以12～15m/min较为合适。进给量对刀具寿命影响较小，但进给量选择太小将会使刀具在硬化层内切削，加剧磨损；而进给量如果太大，又会使表面粗糙度变差。综合上述两个因素，进给量选择为0.32～0.50mm/r为宜。 （3）切削液选择钻削时，为降低切削温度，可采用乳化液作为冷却介质。 2.2铰孔加工 （1）刀具几何参数设计不锈钢材料的铰削加工大部分使用硬质合金铰刀。铰刀的结构和几何参数与普通铰刀有所不同。为增强刀齿强度并防止铰削时产生切屑堵塞现象，铰刀齿数一般比较少。铰刀前角一般为8°～12°，但在某些特定情况，为了实现高速铰削，也可采用0°～ 1. 刀具材料的选择............................................ 正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类。 由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对于铣刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。 常用的硬质合金材料有：钨钴类，钨钴钛类，通用类。钨钴类硬质合金的韧性和导热性较好，不易与切屑粘结，因此适用于不锈钢粗铣加工；而钨钴钛类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好，适合于不锈钢的精铣加工。 加工1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢时，不宜选用钨钴钛类硬质合金，由于不锈钢中的Ti 和钨钴钛类类硬质合金中的Ti 产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti 带走，促使刀具磨损加剧。 2. 刀具几何角度的选择............................................ 刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。 （1）铣刀第一隙角的选择( Radius Angle ) 前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。 铣削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削热降低，减轻加工硬化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°～20°。 （2）铣刀第二隙角α0的选择( Secend Angle ) 在切削过程中，后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大，则楔角减小，使散热条件恶化，刀具刃口强度下降，降低刀具耐用度；若后角过小，摩擦严重，则会使刃口变钝，增大切削力，增高切削温度，加剧刀具磨损。 在一般情况下，后角变化不大，但必须有一个合理的数值，以利于提高刀具的耐用度。铣削不锈钢时，由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大，所以刀具后角过小会使切断表面与铣刀后角的接触面积增大，摩擦产生的高温区集中于铣刀后角，加快铣刀磨损，降低被加工表面光洁度。 不锈钢的铣削加工 铣削不锈钢的特点是：不锈钢的粘附性及熔着性强，切屑容易粘附在铣刀刀 齿上，使切削条件恶化；逆铣时，刀齿先在已经硬化的表面上滑行，增加了加工硬化的趋势；铣削时冲击、振动较大，使铣刀刀齿易崩刃和磨损。 铣削不锈钢除端铣刀和部分立铣刀可用硬质合金作铣刀刀齿材料外，其余各类铣刀均采用高速钢，特别是钨—钼系和高钒高速钢具有良好的效果，其刀具耐用度可比W18Cr4V提高1～2倍。适宜制作不锈钢铣刀的硬质合金牌号有YG8、YW2、813、798、YS2T、YS30、YS25等。 铣削不锈钢时，切削刃既要锋利又要能承受冲击，容屑槽要大。可采用大螺旋角铣刀(圆柱铣刀、立铣刀)，螺旋角b从20°增加到45°(g n =5°)，刀具耐用度可 提高2倍以上，因为此时铣刀的工作前角g 0e 由11°增加到27°以上，铣削轻快。但b值不宜再大，特别是立铣刀以b≤35°为宜，以免削弱刀齿。 采用波形刃立铣刀加工不锈钢管材或薄壁件，切削轻快，振动小，切屑易碎，工件不变形。用硬质合金立铣刀高速铣削、可转位端铣刀铣削不锈钢都能取得良好的效果。 用银白屑(SWC)端铣刀铣削1Cr18Ni9Ti，其几何参数 采用波形刃立铣刀加工不锈钢管材或薄壁件，切削轻快，振动小，切屑易碎，工件不变形。用硬质合金立铣刀高速铣削、可转位端铣刀铣削不锈钢都能取得良好的效果。 用银白屑(SWC)端铣刀铣削1Cr18Ni9Ti，其几何参数为g f =5°、g p =15°、a f =15°、 a p =5°、k r =55°、k′ r =35°、g 01 =-30°、b g =0.4mm、r e =6mm，当V c =50～90 m/min、 V f =630～750mm/min、a′ p =2～6mm并且每齿进给量达0.4～0.8mm时，铣削力减小 10%～15%，铣削功率下降44%，效率也大大提高。其原理是在主切削刃上磨出负倒棱，铣削时人为地产生积屑瘤，使其代替切削刃进行切削，积屑瘤的前角g b 可达20~～302，由于主偏角的作用，积屑瘤受到一个前刀面上产生的平行于切削刃的推力作用而成为副屑流出，从而带走了切削热，降低了切削温度。 铣削不锈钢时，应尽可能采用顺铣法加工。不对称顺铣法能保证切削刃平稳地从金属中切离，切屑粘结接触面积较小，在高速离心力的作用下易被甩掉，以免刀齿重新切入工件时，切屑冲击前刀面产生剥落和崩刃现象，提高刀具的耐用度。 高速钢刀具加工参数： 直径：主轴转速(r/min)进给量mm/min 3~4 1100~750 10~15 5~6 750~ 550 15~20 8~10 600~350 20~30 12~14 350~270 30~37 16~18 270~230 37~47,5 20~22 250~200 47~55 硬制合金刀具：1500~2000 F120~150 不锈钢法兰加工方法 对刀具几何参数的要求： 加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。在选择前角时，要考虑卷屑槽、有无倒棱和刃倾角的正负角度大小等因素。不论何种刀具，加工不锈钢时都必须采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清出过程中所遇到的阻力。对后角选择要求不十分严格，但不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应;刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。对刀具切削部分表面粗糙度的要求： 提高刀具切削部分的表面光洁度可减少切屑形成卷曲时的阻力，提高刀具的耐用度。与加工普通碳钢相比较，加工不锈钢时应适当降低切削用量以减缓刀具磨损;同时还要选择适当的冷却润滑液，以便降低切削过程中的切削热和切削力，延长刀具的使用寿命。对刀杆材料的要求 加工不锈钢时，由于切削力较大，故刀杆必须具备足够的强度和刚性，以免在切削过程中发生颤振和变形。这就要求选用适当大的刀杆截面积，同时还应采用强度较高的材料来制造刀杆，如采用调质处理的45号钢或50号钢。对刀具切削部分材料的要求：加工不锈钢时，要求刀具切削部分的材料具有较高的耐磨性，并能在较高的温度下保持其切削性能。目前常用的材料有：高速钢和硬质合金。由于高速钢只能在600°C以下保持其切削性能，因此不宜用于高速切削，而只适用于在低速情况下加工不锈钢。由于硬质合金比高速钢具有更好的耐热性和耐磨性，因此用硬质合金材料制成的刀具更适合不锈钢的切削加工。硬质合金分钨钴合金(YG)和钨钴钛合金(YT)两大类。钨钴类合金具有良好的韧性，制成的刀具可以采用较大的前角与刃磨出较为锋利的刃口，在切削过程中切屑易变形，切削轻快，切屑不容易粘刀，所以在一般情况下，用钨钴合金加工不锈钢比较合适。特别是在振动较大的粗加工和断续切削加工情况下更应采用钨钴合金刀片，它不象钨钴钛合金那样硬脆，不易刃磨，易崩刃。钨钴钛合金的红硬性较好，在高温条件下比钨钴合金耐磨，但它的脆性较大，不耐冲击、振动，一般作不锈钢精车用刀具。 2刀具材料牌号的选择刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产率，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量。宜选择硬度高、抗粘结性和韧性好的刀具材料，如YG类硬质合金，最好不要选用YT类硬质合金，尤其是在加工1Gr18Ni9Ti奥氏体不锈钢应绝对避免选用YT类硬质合金，因为不锈钢中的钛(Ti)和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。生产实践表明，选用YG532、YG813及YW2三种牌号材料加工不锈钢具有较好的加工效果,,三种硬质合金牌号的性能比较牌号密度g/cm3抗弯强度Mpa硬度HRA性能即用途相当于ISO YG532 14≥1760≥91.5红硬性高，韧性好，抗粘能力强，适用于奥氏体、马氏体不锈钢、无磁钢、高温合金钢等大型工件的粗、精加工;合金耐用度高，高温性好，被加工工件表面质量高。K10~K20M20 YG813 14.05~14.1≥1570≥91耐磨性好，有较高的抗弯强度和抗粘结能力，适于高温合金钢;对容易产生加工冷作硬化现象的奥氏体不锈钢、高锰钢等，加工效果优于YW2。K10~K20M20 YW2 12.4~13.5≥1320≥90.5使用强度高，红硬性较好，能承受较大的冲击载荷。适用于耐热钢、高锰钢、不锈钢等材料的粗、精加工。3刀具几何参数的选择前角的选择：从切 不锈钢的切削加工 在不锈钢的切削加工中，首先要对被加工件的被切削性能有所了解，不锈钢在切削过程中有如下几方面特点： 1. 加工硬化严重：在不锈钢中，以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。因为不锈钢的塑性大，塑性变形时晶格歪扭，强化系数很大；且奥氏体不够稳定，在切削应力的作用下，部分奥氏体会转变为马氏体；再加上化合物杂质在切削热的作用下，易于分解呈弥散分布，使切削加工时产生硬化层。 2. 切削力大：不锈钢在切削过程中塑性变形大，尤其是奥氏体不锈钢(其伸长率超过45号钢的1.5倍以上)，使切削力增加。同时，不锈钢的加工硬化严重，热强度高，进一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折断也比较困难。 3. 切削温度高：切削时塑性变形及与刀具间的摩擦都很大，产生的切削热多；大量切削热都集中在切削区和刀削接触的界面上，散热条件差。在相同的条件下切削温度比45号钢高200℃左右。 4. 切削不易折断、易粘结：不锈钢的塑性、韧性都很大，在高温、高压下，不锈钢与其他金属的亲和性强，易产生粘附现象，并形成积削瘤，既加剧刀具磨损，又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。含碳量较低的马氏体不锈钢的这一特点更为明显。 5. 刀具易磨损：切削不锈钢过程中的亲和作用，使刀削间产生粘结、扩散，从而使刀具产生粘结磨损、扩散磨损，致使刀具前刀面产生月牙洼，切削刃还会形成微小的剥落和缺口；加上不锈钢中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高， 切削时直接与刀具接触、摩擦，擦伤刀具，还有加工硬化现象，均会使刀具磨损加剧。 切削不锈钢时应怎样选择刀具的材料： 合理选择刀具材料是保证高效率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点，YG类硬质合金的韧性较好，可采用较大的前角，刀刃也可以磨得锋利些，使切削轻快，且切屑与刀具不易产生粘结，较适于加工不锈钢。另外，YG类合金的导热性较好，其导热系数比高速钢高将近两倍，比YT类合金高一倍。 切削不锈钢时怎样选择刀具几何参数？ 前角：不锈钢的硬度、强度并不高，但其塑性、韧性都较好，热强性高，切削时切屑不易被切离。在保证刀具有足够强度的前提下，应选用较大的前角，这样不仅能够减小被切削金属的塑性变形，而且可以降低切削力和切削温度，同时使硬化层深度减小。 后角：加大后角能减小后刀面与加工表面的摩擦，但会使切削刃的强度和散热能力降低。后角的合理值取决于切削厚度，切削厚度小时，宜选较大后角，我们三轨由于切削量大，所以选用20°的后角。 选择合适的涂层对于金属切削来说能起到非常重要的作用，TiAICRN（碳氮化铝钛）涂层在不锈钢切削加工中起着非常重要的作用涂层材料作为化学屏障和热屏障，减小了月牙洼磨损，耐磨性良好。与未涂层刀具相比，涂层刀具加工精度提高0.5～1级，刀具消耗费用降低20％～50％，耐磨性提高2～10倍，切削速度提高25％～70％，使用寿命延长3～5倍。 不锈钢加工的难点及对策 1 切削过程中的难点及原因分析 在零件试生产时，我们按车削普通碳钢的工艺方法对3Cr13不锈钢进行了车削试验，结果是刀具磨损非常严重，生产率极低，零件表面质量达不到要求。比较3Cr13钢与40钢、45钢等碳素结构钢的机械性能可知，3Cr1 3钢的强度比40钢和45钢高，它是一种强度高、塑性好的中碳马氏体不锈钢。由于切削时加工硬化严重，切削抗力大，切削温度高，导致刀具磨损严重，磨刀次数增多，增加了停机时间和机床调整时间，降低了生产率。同时又容易粘刀，产生积屑瘤，引起工件尺寸的变化并影响表面粗糙度，而且切屑不易卷曲和折断，易损伤工件已加工表面，影响零件质量。所以，不能用切削45钢的工艺来切削3Cr13,也不能把通用车床上的加工方法照搬到自动车床上来。因为一般自动车床装刀较少，要求最好一次走刀就能使被加工表面达到要求的尺寸和表面粗糙度，以保证较高的生产率。 2 主要技术措施 1.通过热处理，改变材料的硬度 马氏体不锈钢在热处理后的不同硬度，对车削加工的影响很大。表1是用YW2材料的车刀对热处理后不同硬度的3Cr13钢的车削情况。可见，退火状0.10.10.1态的马氏体不锈钢虽然硬度低，但车削性能差，这是因为材料塑性和韧性大，组织不均匀，粘附，熔着性强，切削过程易产生刀瘤，不易获得较好的表面质量。而调质处理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料，车削加工性较好，易达到较好的表面质 量。用硬度在HRC30以上的材料加工出的零件，表面质量虽然较好，但刀具易磨损。所以，在条件允许的情况下，可以在材料进厂后，先进行调质处理，硬度达到HRC25～HRC30,然后再进行切削加工。 表1 3Cr13钢材料 切削用量 刀具耐用度 min 加工表面粗糙度 μm ν m/min s mm/r HB240(退火) 45～55 0.1 90～115 Ra6.3～Ra3.2 HRC25～30(调质) 45～55 0.1 不锈钢的车削加工 关键词：刀具材料、刀具参数、切削用量、涂层刀具 目前应用的不锈钢，按其组织状态主要分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，常把含鉻量超过11.7%或含镍量大于8%的合金钢，叫不锈钢，在合金钢种加入较多的金属元素（Cr和Ni），而改变了合金的物理性质和化学性质。增强了抗腐蚀能力，无论在空气中还是在酸盐的溶液中，均不易氧化生锈并在较高温度（>450℃）下仍具有较高的强度，因此被广泛应用于航空，航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。 1不锈钢的主要切削特点 （1）切削力大 其中奥氏体不锈钢尤为突出，这种材料虽然硬度不高，以牌号1Cr18Ni9Ti 为例，其硬度≤187HBW，但塑性很好（断后伸长率δ=40%,断面收缩率Ψ=60%），因此在切削过程中塑性变形大，使切削力增加。在切削用量相同时，切奥氏体不锈钢耗能比低碳钢约高50%。 （2）加工硬化严重 在不锈钢中，以奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。他们塑性大，塑性变形时晶格产生强烈歪扭；同时奥氏体稳定性差，在切削力的作用下，部分奥氏体会转变为马氏体；再加上化合物杂质在切削热的作用下，易于分解呈弥散分布，使切削加工时产生硬化层。这一切均使加工硬化现象更为明显。（3）刀具易产生粘附磨损 不锈钢材料在切削过程中产生高温下，与刀具材料的亲和性较大，使刀具与切削间产生粘结、扩散，易形成“刀瘤”，而造成刀具粘附磨损，降低刀具的使用寿命。 （4）切削区局部温度高 这类材料所需切削力大，分离切削消耗的功率也大，产生的切削热也就多，传入刀具的热量可达20%，而加工碳素钢时仅占9%，同时由于不锈钢的导热性不好（不锈钢的导热系数约为碳钢的1/3左右），大量切削热都集中在切削区和刀-屑接触的界面上，从而是切削区局部温度很高。 2.刀具材料的选择 根据前述不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。目前常用的刀具材料有硬质合金、高速钢和涂层刀具。 （1）硬质合金 通常情况下，多数难加工材料都宜选用YG类硬质合金加工。最好不选用YT 类硬质合金，尤其是在加工1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，应绝对避免选用YT 论述不锈钢材料切削加工的难点分析与解决方法 摘要：结合实际，对不锈钢材料切削加工的难点分析与解决方法进行研究。首 先对不锈钢材料切削难点内容进行论述，其次在难点问题提出的基础上，给出了 相关的解决方法。 关键词：不锈钢；材料切削；加工难点；解决方法 1.引言 和碳素钢进行对比分析，不锈钢中包含Cr、Ni、N、Nb、Mo等合金元素。 这些元素的存在使得不锈钢具备一定的耐腐蚀性，同时使得其性能得到了很大的 提升。比如马氏体不锈钢4Cr13与45号中碳钢进行对比分析，虽然含碳量是相 同的，但是切削加工特性仅有45钢的58%。 2.不锈钢材料切削难点分析 在金属加工的过程中，切削不锈钢环节，容易存在断刀、粘刀等问题。这是 因为不锈钢切削环节存在塑性变形过大的问题，导致切屑不易折断，粘连到主材上，造成切削环节的硬化比较严重，每次进刀都会给下一次切削产生硬化层，经 过层层积累，不锈钢的切削硬度在大幅增大，切削力也要随之增加。 正式因为不锈钢切削环节存在上述的问题，会造成刀具和工件的摩擦力增大，切削温度也会相对较高，同时不锈钢的热传导系数比较小，散热性能不足，刀具 和工具之间存在比较大的温度差，造成加工表面质量比较差。此外，切削温度的 上升会导致刀具磨损严重，刀具前刀面存在月牙洼，导致表面质量比较差，不仅 使得加工效率下降，还会造成加工成本的增加。 3.提高不锈钢加工质量的方法 3.1 刀具材料的选择 刀具的选择对于加工来说是非常重要的，刀具是促进加工质量提升的关键性 因素。刀具如果质量比较差，就无法保证加工零件的合格；选择比较好的刀具， 能够促进零件加工质量的提升，如果过高，则会导致资源浪费、成本的增加。综 合考虑到不锈钢材料的散热性比较差、产生硬化层、粘刀严重等特性，在刀具的 选择过程中，需要达到耐热性强、耐磨性高、与不锈钢亲和力小等要求，从而可 以保证加工可以顺利的进行。 3.1.1 高速钢 高速钢中含有W、Mo、Cr、V、Go等合金元素，属于高合金工具钢的类型，工艺性能比较好，强度和韧性非常高，抗冲击振动效果都比较高。杂高速切削情 况会产生高热，一般会达到500℃以上，还能够达到比较高的强度，高速钢的红 热性非常好，能够用作铣刀、车刀等刀具，还能够给不锈钢切削过程中的硬化层 和散热性比较差的环境中。 W18Cr4V是是目前比较常见的高速钢刀具，在1906年被研发和应用，被大 量的应用到刀具中，可以达到各种环境的切削需要。伴随着加工材料性能的全面 提升，W18Cr4V刀具也已经无法达到正常的加工使用需要，所以此时的高性能钴 高速钢产生。和普通高速钢对比分析，钴高速钢的耐磨性更好、红硬性更强、运 行更加的稳定可靠，能够满足连续切削的使用需要，最常见的牌号如 W12Cr4V5Co5。 3.1.2 硬质合金钢 硬质合金钢中主要是以高硬度难熔金属的碳合物（WC、TiC）微米级粉末为 主要成分，以钴或镍、钼为粘结剂，主要的生产制作工艺就是真空炉或者氢气还不锈钢加工刀具选择
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