不銹鋼材料的切削加工

摘要：不銹鋼材料韌性大、塑性好、高溫強度高、導熱性差、化學親合能力強，加工硬化傾向嚴重。車削時切屑強韌不易折斷，切削溫度高而容易粘刀和產生積屑瘤，因而刀具耐用度不高。而通過選擇合理的刀具材料、刀具幾何角度、切削用量和良好的冷卻潤滑使刀具的使用壽命增加，表面質量和生產率提高。

關鍵詞：不銹鋼切削加工、刀具參數、切削用量、冷卻潤滑、技巧

1.不銹鋼材料的分類和切削特性

不銹鋼按化學成分可分為兩類：鉻不銹鋼（含鉻量12%、17%和27%等）和鉻鎳不銹鋼（含鉻量17%～20%、含鎳量8%～11%）。按金相組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體+鐵素體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼。前兩類的合金元素以鉻為主，在淬火—回火或退火、調質狀態下使用，綜合性能優良，一般切削加工并不困難。后兩類的合金元素以鉻、鎳為主，在淬火后程奧氏體+鐵素體狀態下使用，切削加工性差。

不銹鋼切削的特點：

1.1.不銹鋼加工切削力較大，且斷屑、排屑困難；

1.2.不銹鋼加工的加工硬化嚴重；

1.3.不銹鋼加工刀具磨損嚴重；

1.4.不銹鋼加工時易產生積屑瘤，影響零件表面質量；

1.5.不銹鋼加工時零件的尺寸精度不易控制；

1.6.不銹鋼鑄件和鍛件毛坯有硬度較高氧化皮，給車削加工帶來困難。

2.合理選用加工刀具

合理選擇加工刀具是進行不銹鋼加工的重要先決條件。不銹鋼加工刀具必須具有較高的強度、硬度、韌性、耐熱性、耐磨性且應該不易與不銹鋼發生黏附。

常用于車削不銹鋼的刀具材料有硬質合金和高速鋼兩大類。形狀復雜的刀具主要采用高速鋼材料。對于較簡單的刀具，刀具材料應選用強度高、耐磨性好、導熱性好的硬質合金。常用的硬質合金材料中，YG6和YG8用于粗車、半精車及切斷，其切削速度V0=50～70m/min，若充分冷卻，可以提高刀具壽命；YT5、YT15和YG6X用于半精車和精車，其切削速度V0=120～150m/min，擋車削薄壁零件時，為減少熱變形，要充分冷卻；但在加工奧氏體不銹鋼時（如1Gr18Ni9Ti），不宜選用YT類硬質合金，由于不銹鋼中的Ti和YT類硬質合金中的Ti產生親合作用，切屑容易把硬質合金中的Ti帶走，促使刀具磨損加劇。YW1和YW2可用于粗車和精車，切削速度可提高10%～20%，且刀具壽命較高。采用新牌號硬質合金，如：813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不銹鋼可獲得較好的效果。如用813牌號硬質合金刀具切削奧氏體不銹鋼效果很好，因為813合金既具有較高的硬度（大于等于HRA91）、強度（b=1570Mpa），又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘合性，其組織致密，耐磨性好。高速鋼W12Gr4V4Mo和W2Mo9Gr4VCo8用于具有較高精度螺紋、成形面及溝槽等的精車，其切削速度V0=25m/min，在車削時，使用切削液進行冷卻，以減小零件表面粗糙度值和刀具磨損；W18Cr4V用于車削螺紋、成形面、溝槽及切斷等，其切削速度V0=20m/min。

3.合理選擇刀具幾何角度

刀具切削部分幾何角度，直接影響著不銹鋼工件進行切削加工時的切削力、被加工表面的表面粗糙度、生產率、刀具的壽命、加工硬化等諸多方面。合理選擇刀具幾何角度不僅可以提高工件的加工質量和加工效率，還可以顯著降低加工成本（如降低刀具的更換頻率和廢品率等）。

3.1.前角γ0

進行不銹鋼切削時，應該在不降低刀具強度的前提下，適當提高前角。刀具前角的適當提高會降低刀具的塑性變形能力、切削熱及切削力，加工硬化趨勢也會隨之減輕，相應地，刀具耐用度會顯著提高（前角大致為12 o ～20o）。因此，硬質合金車刀車削不銹鋼材料時，若為軋制鍛坯，則可取γ0=12 o ～20o，若工件為鑄件γ0=10 o ～15o；奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼，前角應取較小值，對未經調質處理或調質后硬度較低的不銹鋼，可取較大前角，直徑小或薄壁工件，宜采取較大的前角。

3.2.后角α0

車刀的后角亦應稍大。不銹鋼韌性大，已加工表面回彈量大，若刀具后角過小，則刀具后面和已加工表面摩擦嚴重，既增大切削力、切削熱，又影響加工表面質量，同時，使刀具壽命降低。一般取α0=6 o ～12 o。

3.3.主偏角κ

主偏角選取應適當。主偏角小，切削刃工作長度增加，刀尖角增大，散熱性好，刀具壽命相對提高，但在工藝系統剛性不足時，切削時容易產生振動，用硬質合金車刀加工不銹鋼，一般情況下主偏角粗車時為60 o ～75 o，精車時為90 o。

3.4.刃傾角λ

刃傾角的選擇應適當。刃傾角影響排屑的形成、排屑的方向以及刀頭強度。由于已采用較大的前角，刀尖強度會有所削弱。為增強刀尖強度又不使背向分力增加過大，通常取λ=0 o ～-5 o，在車削沖擊性不銹鋼時，可取λ=-5 o ～-15 o。

3.5.排屑槽圓弧半徑R

由于切削不銹鋼時不易斷屑，如果排屑不好，鐵屑飛濺易傷人和損壞工件已加工表面。因此，在前刀面上磨出的排屑槽一般要求直線段與R聯接潤滑或取全圓弧槽型，并延主刀刃呈外斜式斜角，促使切屑易于卷曲，便于排屑或斷屑。圓弧半徑一般取2～7mm，槽寬3～6.5mm，槽深0.5～1.3mm。一般情況下，粗車時，ap、f大時，應寬而淺；精車時，ap、f小時，應窄而深。

3.6.負倒棱

刃磨負倒棱的目的在于提高切削刃強度，并將切削熱量分散到前面和后面，以減輕切削刃磨損，提高刀具壽命。其大小應根據被切削材料的強度、硬度，刀具材料的抗彎強度、進給量大小決定。倒棱寬度和負角均不宜過大。一般當工件材料強度和硬度越高，刀具材料抗彎強度越低，進給量越大時，倒棱的寬度和負角值應越大。當背吃刀量ap<2mm、進給量f<0.3mm/r時，倒棱寬度等于進給量的0.3～0.5倍，倒棱前角等于-5 o ～-10 o，當背吃刀量ap ≥2mm、進給量≤0.7mm/r時，取倒棱寬度等于進給量的0.5～0.8倍，倒棱前角等于-25 o。

3.7.切削的刃磨要點

切削刃要鋒利，刃口不許有鋸齒形；車刀前面、后面及倒棱面的表面粗糙度值Ra<0.8μm，用磨石精研刀面的要平整，不得改變切削刃處得實際前、后角大小。

4.合理選擇切削用量

切削用量對加工不銹鋼時的加工硬化、切削力、切削熱等有很大影響，特別是對刀具耐用度的影響較大。選擇的切削用量合理與否，將直接影響切削效果。

4.1.切削速度ν

切削速度過高，切削溫度就會大幅提高，刀具磨損加快，耐用度則大幅下降；但若過低，又容易產生積屑瘤，既影響刀具耐用度，也降低工件表面質量。一般按車削普通碳素鋼的40%～60%（粗車ν=50～70m/min，精車ν=120～150m/min）。

4.2.切削深度ap

粗加工時余量較大，應選用較大的切深，可減少走刀次數，同時避免刀尖與毛坯表皮接觸，減輕刀具磨損，可選ap=2～7mm。精車加工可選用較小的切削深度，還要避開硬化層，一般采用ap=0.2～0.8mm。

4.3.進給量f

進給量的增大不僅受到機床動力的限制，而且切削殘留高度和積屑瘤高度都隨進給量的增加而增大，因此，進給量不能過大。粗車進給量f=0.2～0.8mm /r，精車進給量為f=0.1～0.3mm/r，并且注意切削刃不能在切削表面停留。

5.不銹鋼切削加工時切削液的選擇和加工技巧

由于不銹鋼切削加工性差，對切削液的冷卻、潤滑、滲透及清洗性能有更高的要求，一般采用兌水比例為1：15的乳化液。

5.1.生產實踐中，為了加大切屑變形，提高刀尖強度與散熱能力，通常采用雙刃傾角車刀。這樣，既取得良好的斷屑效果，也加寬了斷屑范圍。第一刃傾角λ1≥0o，第二刃傾角在接近刀尖部位，λ2= -20o，第二刃傾角的刃長為ap/3，當雙刃傾角車刀（見圖一）的前角Y=20o，后角α=6 o ～8 o，主偏角κ=90 o或75 o，倒棱前角-10o，刀尖半徑R=0.15～0.2mm時，在V=80～100mm/min，f=0.2～0.3mm/r，ap=4～15mm的條件切削，斷屑效果良好，刀具耐用度高。

5.2.不銹鋼加工時應適當增大底孔直徑。在不銹鋼上攻絲比在普通鋼材上攻絲困難的多。經常出現由于扭矩大，絲錐被“咬死”在螺紋孔中、崩齒或折斷，螺紋表面不光，溝紋、尺寸超差，亂扣和絲錐磨損嚴重等現象，為解決以上問題，可將螺紋底孔適當增大。

5.3.在不銹鋼切削加工過程中，使用一些日常用品進行冷卻潤滑，能取得很好的效果。如果在車削內外圓、車螺紋、攻絲時，使用食用油、豬油進行冷卻潤滑，不但能取得良好的表面光潔度，而且能使刀具、絲錐的使用壽命提高25%～30%。

6.結語

通過上述分析，不銹鋼材料的切削加工應綜合考慮到刀具的材料、切削用量、冷卻潤滑等方面，還應注意一些針對不銹鋼材料的切削加工技巧，才能保證不銹鋼加工的質量。

參考文獻：

[1] 《車工》1996年 中國鐵道出版社

[2] 《車工》1990年 中國工人出版社

[3] 《車工》2006年 機械工業出版社

[4] 《車工技師冊》2012年 機械工業出版社