刀具材料對高速車削Cr18Ni9不銹鋼的影響

楊曉勇

（眉山職業技術學院 工程技術系 四川 眉山 620010）

刀具材料對高速車削Cr18Ni9不銹鋼的影響

楊曉勇

（眉山職業技術學院 工程技術系 四川 眉山 620010）

Cr18Ni9不銹鋼的高速車削比較困難，本文選取三種不同的刀具材料，對Cr18Ni9不銹鋼進行車削，分析不同的刀具材料對車削這種難切削金屬的影響，為Cr18Ni9不銹鋼高速車削時選擇合適的刀具材料作參考。

不銹鋼；高速鋼；硬質合金；陶瓷刀片

1 引言

在Crl8Ni9不銹鋼高速車削的過程中，要提高車削加工的質量，降低成本，其中刀具是關鍵因素之一，但刀具總會發生磨損，刀具的磨損與工件材料性質、刀具材料以及切削條件都有關系，通過掌握刀具磨損的原因及發展規律，能懂得如何選擇刀具材料和切削條件，保證加工質量。其中刀具耐用度是車削加工中重要的數據之一，在評定刀具材料的切削性能、工件材料的可切削性、優化切削過程、降低成本、提高生產率等方面均需要進行刀具耐用度試驗，以獲得刀具耐用度經驗公式。國際標準化組織對刀具耐用度的標準試驗方法作了詳盡規定（ISO3685-1977），但按標準試驗法要耗費大量鋼料和人力，還需要有專門的設備。因此為比較直觀的得到刀具材料對高速車削這類材料的影響，本文采用了比較試驗法，利用不同材料的刀具，在固定的車削條件下，對Crl8Ni9不銹鋼工件進行車削，觀察刀具磨損情況，從而為高速車削這類材料提供刀具材料選擇的參考。

2 高速車削Crl8Ni9不銹鋼刀具材料的篩選

根據Crl8Ni9不銹鋼的性能特點和高速車削的情況，對刀具材料要求應具備耐熱性好，耐磨性好，與Crl8Ni9不銹鋼的親和力小的特點。目前常用切削不銹鋼的刀具材料有高速鋼，硬質合金和金屬陶瓷。

2.1 高速鋼

這是一類高合金刃具鋼，其中廣泛應用的是Wl8Cr4V和W6Mo5Cr4V2Al，Wl8Cr4V這種材料做刀具其刀具耐用度較低，不符合高速車削的需要。可采用W6Mo5Cr4V2Al，這是一種新型高速鋼刀具材料其硬度要較Wl8Cr4V高。

2.2 硬質合金

這是以一種或幾種高熔點、高硬度的碳化物（如WC、TiC等）為基體，以金屬鈷（或鎳）作為粘接劑，經粉末冶金法制成的材料。硬質合金由于其具有硬度高，熱硬性高，彈性模量高，耐磨性好等優點，廣泛用于制造高速切削的刀具。一般情況下，多數難加工材料都宜選擇YG類硬質合金，在加工不銹鋼Crl8Ni9是，不宜選擇YT類硬質合金，因為在高溫時Ni和Ti有較強的親和作用，會使刀具的磨損加劇。根據《金屬切削手冊》，考慮選擇YG8N。

2.3 金屬陶瓷

金屬陶瓷刀具與硬質合金刀具相比，其硬度高(91-95HRA)，耐磨性好，在相同切削條件加工鋼料時，磨損僅為P10(YT15)硬質合金刀具的1/15，刀具壽命長；在1200℃時仍能保持80HRA的高硬度，所以在高溫下仍能進行高速切削；它與鋼鐵金屬的親和力小，摩擦因數低，抗粘結和抗擴散能力強，切削時不易粘刀及產生積屑瘤，加工表面質量好。另一方面，陶瓷刀具的缺點是脆性大，抗彎強度和抗熱沖擊性能較差，當切削溫度發生顯著變化時，容易產生裂紋。本次試驗擬選擇FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片。

為便于記錄設定用A刀具代表W6Mo5Cr4V2Al，B刀具代表YG8N刀片，C刀具代表FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片。

3 高速車削Crl8Ni9不銹鋼試驗條件的設定

本次試驗的機床采用湖北省荊州機床廠生產的CJK6136經濟型數控車床，轉速設定為1800r/min。工件幾何尺寸設定為Φ40×120，本次試驗選擇的刀具前角γ=10度，后角α=6度，刃傾角λs=-5度，主偏角Kr=45度，副偏角Kr＇=5度，刀尖圓弧半徑R=0.3m，刃口表面粗糙度約為Ra0.6～0.4μm。

4 高速車削Crl8Ni9不銹鋼試驗方法的設定

在本次試驗中由于受條件人力、物力的限制，不能精確的測定刀具耐用度的時間，根據已有的一些經驗，在本次試驗中采用比較試驗的方法。這種方法較為簡單，可操作性強，并且可以便利于生產上應用，因此提供出來供科學研究及生產中參考、試驗與研究。試驗方法如下：

分別用W6Mo5Cr4V2Al，YG8N和陶瓷刀具做耐用度比較試驗，用三種刀具對工件在相同的切削參數條件下，每次切削長度60mm，不停的循環切深切削，直到刀具磨損到加工表面質量不符合預定的Ra3.2要求位置為止，通過對切削次數的計算，能基本計算出刀具的耐用度。設定進給量f=0.1mm/r，背吃刀量ap（切削深度）ap=0.1mm。試驗結果見表1如下。

表1 刀具耐用度試驗表

5 試驗結果分析—刀具材料對高速車削Cr18Ni9不銹鋼的影響

通過試驗可以發現，FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片的耐用度較好，其次是YG8N，W6Mo5Cr4V2Al要差一些，刀具磨損狀態主要是刀尖磨損、溝槽磨損。

值得注意的是Crl8Ni9在高速車削的過程中產生了高溫，有冒煙現象，使用W6Mo5Cr4V2Al刀具和使用YG8N刀片，都產生了不同程度的積屑瘤，而使用FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片時積屑瘤幾乎不可見。由于W6Mo5Cr4V2Al刀具是整體式刀具，其它兩種刀具都是機夾式刀具，而恰恰是整體刀具的積屑瘤情況最為嚴重，積屑瘤的產生也進一步使車削過程產生了高溫，擠壓了材料表面，降低了粗糙度，使刀具的耐用度急劇下降。因此在精加工這類的材料的時候，可考慮使用機夾刀具，同時加大冷卻液的量，選擇粘度較小的切削液以便更好的散熱。采用YG8N刀片車削時雖然刀具的耐用度較采用FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片時的耐用度低，但考慮到YG8N刀片要較FD22型新型復合Al2O3陶瓷刀片便宜，兩者在經濟性上實際相差不大。

這種試驗方法適合在特定的車削條件下進行比較選擇，從而選擇刀具和切削參數，但計算結果誤差較大，不適合精確測定的場合，這種方法簡單可行，可為工廠提供一些簡單的數據。這里只做了不同材料刀具的耐用度試驗，而不同切削參數條件下的試驗，沒有涉及，根據這種方法，相信也可以進行相同刀具，不同切削參數條件下的刀具耐用度試驗。

[1]陳文琳.超細晶粒Ti（C，N）基金屬陶瓷刀具與切削性能研究[J].合肥工業大學學報.2007（08）.

[2]伽曉義.高速切削加工技術和刀具技術的發展探討[N].廣西質量監督導報.2007（05）.

TG51 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0023-02

楊曉勇（1981-），男，漢族，四川青神人，碩士，講師，研究方向：材料加工工程。