不銹鋼的切削加工

1、不銹鋼的切削加工 （轉(zhuǎn)）默認分類 2009-04-29 17:45:37 閱讀180 評論0   字號：大中小 訂閱 核心提示：本文重點介紹分析了不銹鋼的性能，切削特點，怎樣選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量，切削液和冷卻方式，加工方式等等1 什么是不銹鋼？通常，人們把含鉻量大于12%或含鎳量大于8%的合金鋼叫不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐蝕能力，并在較高溫度(>450)下具有較高的強度。含鉻量達16%18%的鋼稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，習(xí)慣上通稱為不銹鋼。鋼中含鉻量達12%以上時，在與氧化性介質(zhì)接觸中，由于電化學(xué)作用，表面很快形成一層富

2、鉻的鈍化膜，保護金屬內(nèi)部不受腐蝕；但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，仍不易形成堅固的鈍化膜。為了提高鋼的耐蝕能力，通常增大鉻的比例或添加可以促進鈍化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，這些元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時改變了鋼的內(nèi)部組織以及物理力學(xué)性能。這些合金元素在鋼中的含量不同，對不銹鋼的性能產(chǎn)生不同的影響，有的有磁性，有的無磁性，有的能夠進行熱處理，有的則不能熱處理。由于不銹鋼所具有的上述特性，越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工業(yè)部門及日常生活中。所含的合金元素對切削加工性影響很大，有的甚至很難切削。2 不銹鋼可分為哪幾類？不銹鋼按其成分，可分為

3、以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。工業(yè)上常用的不銹鋼一般按金相組織分類，可分為以下五大類：馬氏體不銹鋼：含鉻量12%18%，含碳量0.1%0.5%(有時達1%)，常見的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。鐵素體不銹鋼：含鉻量12%30%，常見的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。奧氏體不銹鋼：含絡(luò)量12%25%，含鎳量7%20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常見的還有00C

4、r18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。奧氏體+鐵素體不銹鋼：與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量的鐵素體，常見的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。沉淀硬化不銹鋼：含有較高的鉻、鎳和很低的碳，常見的有0Cr17Ni4Cu4Nb

5、、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。前兩類為鉻不銹鋼，后三類為鉻鎳不銹鋼。3 不銹鋼有哪些物理、力學(xué)性能？切削不銹鋼時怎樣選擇刀具斷(卷)屑槽和刃口形式？切削不銹鋼時還應(yīng)選擇合適的刀具斷(卷)屑槽，以便控制連綿不斷的切屑，通常采用全圓弧形或直線圓弧形斷(卷)屑槽。斷(卷)屑槽的寬度Bn=35 mm，槽深h=0.51.3 mm，Rn=28 mm。一般情況下，粗車時ap、f大，斷(卷)屑槽宜寬而淺；精車時ap、f小，應(yīng)窄而深些。斷(卷)屑槽的形式見圖2。 切削加工過程中，如果發(fā)生切屑纏繞在工件或刀具上的現(xiàn)象，表示斷(卷)屑槽過寬過淺，可加大進給量，使切屑折斷；如果切屑擠軋在槽內(nèi)，

6、發(fā)出吱吱叫聲，或切屑飛濺傷人，表示斷(卷)屑槽太窄太深，這時可減小進給量。同時還要注意控制斷(卷)屑槽的位置。斷(卷)屑槽的尺寸見表3、表4和表5。表3 外圓車刀斷(卷)屑槽尺寸 工件直徑 (mm)半徑Rn (mm)寬度Bn (mm)前角g0 (°)倒棱尺寸bg (mm)201.5242精車：0.050.10 粗車：0.100.202.5337204033303.53.5304430408044304.54.5305530802005.5527精車：0.100.20 粗車：0.150.3065.5276.5627.52006.5627.576.527.57.5727.5 表

7、4 鏜刀斷(卷)屑槽尺寸 鏜孔直徑 (mm)半徑Rn (mm)加工1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼及中等硬度2Cr13馬氏體不銹鋼加工耐濃硝酸不銹鋼及較硬的2Cr13、3Cr13等馬氏體不銹鋼寬度Bn (mm)前角g0 (°)寬度Bn (mm)前角g0 (°)201.62.0391.6302.02.5392.0302.53.0372.53020402.02.5392.0302.53.0372.5303.03.5362.82840604.04.0303.2244.54.5303.5235.05.0304.02460804.54.5303.5235.05.0304.0246.0

8、6.0305.024.5805.04.0243.520.56.05.024.54.52276.025.55.021表5 切斷刀斷(卷)屑槽尺寸切斷直徑 (mm)202050508080120半徑Rn (mm)2.53.24.23.24.55.54.25.56.55.56.58寬度Bn (mm)345456567678前角g0 (°)373936.53930.53336.53332.53332.5308 切削不銹鋼時怎樣選擇切削用量？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。表6 車螺紋和鉆、

9、擴、鉸孔時的切削用量 工序名稱切削速度Vc (m/min)進給量f (mm/r)切削深度ap (mm)車螺紋2050-0.11鉆孔12200.10.2517.5擴孔8180.10.40.11鉸孔2.550.10.20.10.2注：刀具材料為高速鋼切削速度Vc：加工不銹鋼時切削速度稍微提高一點，切削溫度就會高出許多，刀具磨損加劇，耐用度則大幅度下降。為了保證合理的刀具耐用度，就要降低切削速度，一般按車削普通碳鋼的40%60%選取。鏜孔和切斷時，由于刀具剛性、散熱條件、冷卻潤滑效果及排屑情況都比車外圓差，切削速度還要適當(dāng)降低。不同種類的不銹鋼的切削加工性各不相同，切削速度也需相應(yīng)調(diào)整。一般1Cr1

10、8Ni9Ti等奧氏體不銹鋼的切削速度校正系數(shù)Kv為1.0，硬度在HRC28以下的2cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為1.31.5，硬度為HRC2835的2Cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為0.91.1，硬度在HRC35以上的2Cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為0.70.8，耐濃硝酸不銹鋼的Kv為0.60.7。切削深度ap：粗加工時余量較大，應(yīng)選用較大的切深，可減少走刀次數(shù)，同時可避免刀尖與毛坯表皮接觸，減輕刀具磨損。但加大切深應(yīng)注意不要因切削力過大而引起振動，可選ap=25 mm。精加工時可選較小的切削深度，還要避開硬化層，一般采用ap=0.20.5 mm。進給量f：進給量的增大不僅受到機床動力的限制，而

11、且切削殘留高度和積屑瘤高度都隨進給量的增加而加大，因此進給量不能過大。為提高加工表面質(zhì)量，精加工時應(yīng)采用較小的進給量。同時，應(yīng)注意f不得小于0.1 mm/r，避免微量進給，以免在加工硬化區(qū)進行切削，并且應(yīng)注意切削刃不要在切削表面停留。加工不銹鋼的切削用量見表6和表7。表7 不銹鋼的常用切削用量 工件 直徑范圍(mm)車外圓鏜孔切斷粗加工精加工主軸轉(zhuǎn)速n (m/min)進給量f (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n (m/min)進給量f (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n (m/min)進給量f (mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n (m/min)進給量f (mm/r)1012009550.190.6012009550.100.20

12、12006750.070.301200955手動102095576595576595560095576520407654800.270.817654800.100.307654800.100.507656000.100.2540604803806003804803806104806080380305480305380230180305801003052303802303051853802300.080.20100150230150305185230150305150150200185120230150185120150以下注： 1. 工件材料：1Cr18Ni9Ti；刀具材料：YG8。 2. 表

13、中較小的直徑選用較高的主軸轉(zhuǎn)速，較大的直徑選用較低的轉(zhuǎn)速。 3. 當(dāng)工件材料和刀具材料不同時，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)校正。 9 切削不銹鋼時怎樣選擇切削液和冷卻方式？由于不銹鋼的切削加工性較差，對切削液的冷卻、潤滑、滲透及清洗性能有更高的要求，常用的切削液有以下幾類：硫化油：是以硫為極壓添加劑的切削油。切削過程中能在金屬表面形成高熔點硫化物，而且在高溫下不易破壞，具有良好的潤滑作用，并有一定的冷卻效果，適用于一般車削、鉆孔、鉸孔及攻絲。硫化豆油適用于鉆、擴、鉸孔等工序。直接硫化油的配方是：礦物油98%，硫2%。間接硫化油的配方是：礦物油78%80%，植物油或豬油18%20%，硫1.7%。

14、機油、錠子油等礦物油：其潤滑性能較好，但冷卻和滲透性較差，適用于外圓精車。植物油：如菜油、豆油等，其潤滑性能較好，適用于車螺紋及鉸孔、攻絲等工序。乳化液：具有較好的冷卻和清洗性能。也有一定的潤滑作用，可用于不銹鋼粗車。在切削加工過程中應(yīng)使切削液噴嘴對準(zhǔn)切削區(qū)，或最好采用高壓冷卻、噴霧冷卻等冷卻方式。表8 高速鋼銑刀加工不銹鋼的銑削用量 銑刀 種類銑刀直徑d0 (mm)主軸轉(zhuǎn)速n (r/min)進給量f (mm/min)備注立銑刀341180750手動1. 當(dāng)切削寬度和切削深度較小時，進給量f取大值；反之取小值 2. 銑削2Cr13等馬氏體不銹鋼時，應(yīng)根據(jù)工件材料的實際硬度調(diào)整銑削用量 3. 銑

15、削耐濃硝酸不銹鋼時，銑削速度及進給量均應(yīng)適當(dāng)減小 5675047581060037512143752353037.5161830023537.547.5202523519047.560323619015047.560405015011847.575波形刃 立銑刀3619015047.560 4015011850118956095756075鋸片 銑刀和三面刃銑刀7523515023.5或手動1101507515095602007537.510 怎樣對不銹鋼進行銑削加工？銑削不銹鋼的特點是：不銹鋼的粘附性及熔著性強，切屑容易粘附在銑刀刀齒上，使切削條件惡化；逆銑時，刀齒先在已經(jīng)硬化的表

16、面上滑行，增加了加工硬化的趨勢；銑削時沖擊、振動較大，使銑刀刀齒易崩刃和磨損。銑削不銹鋼除端銑刀和部分立銑刀可用硬質(zhì)合金作銑刀刀齒材料外，其余各類銑刀均采用高速鋼，特別是鎢鉬系和高釩高速鋼具有良好的效果，其刀具耐用度可比W18Cr4V提高12倍。適宜制作不銹鋼銑刀的硬質(zhì)合金牌號有YG8、YW2、813、798、YS2T、YS30、YS25等。銑削不銹鋼時，切削刃既要鋒利又要能承受沖擊，容屑槽要大。可采用大螺旋角銑刀(圓柱銑刀、立銑刀)，螺旋角b從20°增加到45°(gn=5°)，刀具耐用度可提高2倍以上，因為此時銑刀的工作前角g0e由11°增加到27&#

17、176;以上，銑削輕快。但b值不宜再大，特別是立銑刀以b35°為宜，以免削弱刀齒。采用波形刃立銑刀加工不銹鋼管材或薄壁件，切削輕快，振動小，切屑易碎，工件不變形。用硬質(zhì)合金立銑刀高速銑削、可轉(zhuǎn)位端銑刀銑削不銹鋼都能取得良好的效果。用銀白屑(SWC)端銑刀銑削1Cr18Ni9Ti，其幾何參數(shù)為gf=5°、gp=15°、af=15°、ap=5°、kr=55°、kr=35°、g01=-30°、bg=0.4mm、re=6mm，當(dāng)Vc=5090 m/min、Vf=630750mm/min、ap=26mm并且每齒進給量達0.4

18、0.8mm時，銑削力減小10%15%，銑削功率下降44%，效率也大大提高。其原理是在主切削刃上磨出負倒棱，銑削時人為地產(chǎn)生積屑瘤，使其代替切削刃進行切削，積屑瘤的前角gb可達20302，由于主偏角的作用，積屑瘤受到一個前刀面上產(chǎn)生的平行于切削刃的推力作用而成為副屑流出，從而帶走了切削熱，降低了切削溫度。銑削不銹鋼時，應(yīng)盡可能采用順銑法加工。不對稱順銑法能保證切削刃平穩(wěn)地從金屬中切離，切屑粘結(jié)接觸面積較小，在高速離心力的作用下易被甩掉，以免刀齒重新切入工件時，切屑沖擊前刀面產(chǎn)生剝落和崩刃現(xiàn)象，提高刀具的耐用度。采用噴霧冷卻法效果最為顯著，可提高銑刀耐用度一倍以上；如用一般10%乳化液冷卻，應(yīng)保證

19、切削液流量達到充分冷卻。硬質(zhì)合金銑刀銑削不銹鋼時，取Vc=70150 m/min，Vf=37.5150 mm/min，同時應(yīng)根據(jù)合金牌號及工件材料的不同作適當(dāng)調(diào)整。高速鋼銑刀的切削用量見表8。11 怎樣對不銹鋼進行鉆孔？鉆孔時應(yīng)注意哪些問題？在不銹鋼工件上鉆孔常采用麻花鉆，對淬硬不銹鋼，可用硬質(zhì)合金鉆頭，有條件時可用超硬高速鋼或超細晶粒硬質(zhì)合金鉆頭。鉆孔時扭矩和軸向力大，切屑易粘結(jié)、不易折斷且排屑困難，加工硬化加劇，鉆頭轉(zhuǎn)角處易磨損，鉆頭剛性差易產(chǎn)生振動。因此要求鉆頭磨出分屑槽，修磨橫刃以減小軸向力，修磨成雙頂角以改善散熱條件。鉆削不銹鋼的典型鉆頭(即不銹鋼群鉆)如圖4所示。圖5 不銹鋼斷屑鉆

20、頭                             圖4 不銹鋼群鉆圖6 S形硬質(zhì)合金鉆頭圖7 四刃帶鉆頭圖3中L0.32d0，L/2>L1>L/3，R0.2d0，h=0.04d0，b0.04d0。使用這種鉆頭鉆削1Cr18Ni9Ti時，對?20 mm、?25 mm、呾 mm三種直徑的鉆頭

21、，采用n=105 r/min，f=0.32 mm/r、0.4 mm/r、0.56 mm/r、0.67 mm/r四種不同的進給量，均可順利地斷屑和排屑。還可采用不銹鋼斷屑鉆頭(圖5)、S形硬質(zhì)合金鉆頭(圖6)、四刃帶鉆頭(圖7)及可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金淺孔鉆。用不銹鋼斷屑鉆頭(圖5)加工馬氏體不銹鋼2Crl3時，只需磨出E-E處斷屑槽；而鉆削加工lCrl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼時，還需加開A-A處斷屑槽。不銹鋼斷屑鉆頭的具體參數(shù)及適用的鉆削用量見表9。S形硬質(zhì)合金鉆頭的特點是：無橫刃，可減小軸向力50%；鉆心處前角為正值，刃口鋒利；鉆心厚度增大，提高了鉆頭剛性；有兩個噴切削液孔；圓弧形切削刃及排屑槽分布

22、合理，便于切屑成小塊，以利排出?？赊D(zhuǎn)位硬質(zhì)合金淺孔鉆的特點是：鉆頭前端不對稱裝有兩片凸三角形刀片，分屑切除孔的不同部分，能自動定心，孔的直線性好，并且切入切出長度短；刀片前刀面上帶有多個坑狀斷屑槽，切削性能良好，尤其是斷屑可靠，切屑呈一致的碎卷屑；內(nèi)冷卻使切削液直接噴向鉆削加工表面，改善冷卻效果，排屑非常通暢；特別是可根據(jù)工件材料采用不同牌號的硬質(zhì)合金刀片，切削速度達80120m/min，鉆削非常輕快。加工奧氏體不銹鋼的鉆削用量見表10。表9 不銹鋼斷屑鉆頭的斷屑槽和鉆削用量 鉆頭直徑d0 (mm)半徑RE (mm)寬度BA (mm)半徑RE (mm)寬度BE (mm)主軸轉(zhuǎn)速n (m/min

23、)進給量f (mm/r)8153.05.02.53.02.03.51.02.52103350.090.1215205.06.53.03.53.54.02.53.021026520256.57.53.54.54.04.52.83.31702100.120.1425307.58.54.55.04.55.03.03.5132170鉆削不銹鋼時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鉆頭容易磨損、折斷，孔表面粗糙，有時出現(xiàn)深溝而無法消除；孔徑過大，孔形不圓或向一邊傾斜等現(xiàn)象。在操作時應(yīng)注意下列事項：幾何形狀必須刃磨正確，兩切削刃要保持對稱。鉆頭后角過大，會產(chǎn)生“扎刀”現(xiàn)象，引起顫振，使鉆出的孔呈多角形。應(yīng)修磨橫刃，以減小鉆孔軸向力

24、。鉆頭必須裝正，保持鉆頭鋒利，用鈍后應(yīng)及時修磨。合理選擇鉆頭幾何參數(shù)和鉆削用量，按鉆孔深度要求，應(yīng)盡量縮短鉆頭長度、加大鉆心厚度以增加剛性。使用高速鋼鉆頭時，切削速度不可過高，以防燒壞刀刃。進給量不宜過大，以防鉆頭磨損加劇或使孔鉆偏，在切入和切出時進給量應(yīng)適當(dāng)調(diào)小。充分冷卻潤滑，切削液一般以硫化油為宜，流量不得少于58 L/min，不可中途停止冷卻，在直徑較大時，應(yīng)盡可能采用內(nèi)冷卻方式。認真注意鉆削過程，應(yīng)及時觀察切屑排出狀況，若發(fā)現(xiàn)切屑雜亂卷繞立即退刀檢查，以防止切屑堵塞。還應(yīng)注意機床運轉(zhuǎn)聲音，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時退刀，不能讓鉆頭在鉆削表面上停留，以防鉆削表面硬化加劇。表10 奧氏體不銹鋼的鉆削用

25、量 鉆頭直徑d0 (mm)主軸轉(zhuǎn)速n (m/min)進給量f (mm/r)510007000.080.1551075050010156004000.120.2515204502000.150.35203040015030402501000.200.40馬氏體不銹鋼：能進行淬火，淬火后具有較高的硬度、強度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但內(nèi)應(yīng)力大且脆。經(jīng)低溫回火后可消除其應(yīng)力，提高塑性，切削加工較困難，有切屑擦傷或粘結(jié)的明顯趨向，刀具易磨損。當(dāng)鋼中含碳量低于0.3%時，組織不均勻，粘附性強，切削時容易產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，工件已加工表面質(zhì)量低。含碳量達0.4%0.5%時，切削加工性較好。

26、馬氏體不銹鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，可獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其切削加工性比退火狀態(tài)有很大改善。鐵素體不銹鋼：加熱冷卻時組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，故熱處理不能使其強化，只能靠變形強化，性能較脆，切削加工性一般較好。切屑呈帶狀，切屑容易擦傷或粘結(jié)于切削刃上，從而增大切削力，切削溫度升高，同時可能使工件表面產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼：由于含有較多的鎳(或錳)，加熱時組織不變，故淬火不能使其強化，可略改善其加工性。通過冷加工硬化可大幅度提高強度，如果再經(jīng)時效處理，抗拉強度可達25502740 MPa。奧氏體不銹鋼切削時的帶狀切屑連綿不斷，斷屑困難，極易產(chǎn)生加工硬化，硬化層給下一次切削帶來很大難度，使刀具急劇磨損，

27、刀具耐用度大幅度下降。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的耐蝕能力，較突出的是冷變形能力，無磁性。奧氏體+鐵素體不銹鋼：有硬度極高的金屬間化合物析出，強度比奧氏體不銹鋼高，其切削加工性更差。沉淀硬化不銹鋼：含有能起沉淀硬化的鉈、鋁、鉬、鈦等合金元素，它們在回火時時效析出，產(chǎn)生沉淀硬化，使鋼具有很高的強度和硬度。由于含碳量低保證了足夠的含鉻量，因此具有良好的耐腐蝕性能。4 不銹鋼有哪些切削特點?不銹鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%，奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削加工性為40%；鐵素體不銹鋼1Cr28為48%；馬氏體不銹鋼2Cr13為55%。其中，

28、以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的切削加工性最差。不銹鋼在切削過程中有如下幾方面特點：加工硬化嚴(yán)重：在不銹鋼中，以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度sb達14701960MPa，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b30%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1.42.2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(yīng)力的作用下，部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工

29、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(yán)重影響后續(xù)工序的順利進行。切削力大：不銹鋼在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。同時，不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，熱強度高，進一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工不銹鋼的切削力大，如車削1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450MPa，比45號鋼高25%。切削溫度高：切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大，產(chǎn)生的切削熱多；加上不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為45號鋼的?，大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀屑接觸的界面上，散熱條件差。在相同的條件下，1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45號鋼

30、高200左右。切屑不易折斷、易粘結(jié)：不銹鋼的塑性、韌性都很大，車加工時切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進行，切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。刀具易磨損：切削不銹鋼過程中的親和作用，使刀屑間產(chǎn)生粘結(jié)、擴散，從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴散磨損，致使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃還會形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高，切削時直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會使刀具磨損加劇。線膨脹系數(shù)大：不銹鋼

31、的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼的1.5倍，在切削溫度作用下，工件容易產(chǎn)生熱變形，尺寸精度較難控制。5 切削不銹鋼時怎樣選擇刀具材料？合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。根據(jù)不銹鋼的切削特點，要求刀具材料應(yīng)具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小等特點。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼的選擇：高速鋼主要用來制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復(fù)雜多刃刀具。普通高速鋼W18Cr4V使用時刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果。在相同的車削條件下，用W18Cr4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加工的件數(shù)分別

32、為23件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由于提高了鋼的含碳量，從而增加了鋼中碳化物含量，常溫硬度提高2HRC紅硬性更好，600時由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC5152，耐磨性比W18Cr4V提高23倍。應(yīng)用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo制作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度。因為含釩量增加，可在鋼中形成硬度很高的VC，細小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒長大，提高鋼的耐磨性；W12Cr4V4Mo的紅硬性很好，600時硬度可達HRC51.7，因此適合于制作切削不銹鋼的各種復(fù)雜刀具。但其強度(sb=3140 MPa)及沖擊韌性(ak=2.5

33、J/cm3)略低于W18Cr4V，使用時要稍加注意。隨著刀具制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對于批量大的工件，采用硬質(zhì)合金多刃、復(fù)雜刀具進行切削加工效果會更好。硬質(zhì)合金的選擇：YG類硬質(zhì)合金的韌性較好，可采用較大的前角，刀刃也可以磨得鋒利些，使切削輕快，且切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，較適于加工不銹鋼。特別是在振動的粗車和斷續(xù)切削時，YG類合金的這一優(yōu)點更為重要。另外，YG類合金的導(dǎo)熱性較好，其導(dǎo)熱系數(shù)比高速鋼高將近兩倍，比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不銹鋼切削中應(yīng)用較多，特別是在粗車刀、切斷刀、擴孔鉆及鉸刀等制造中應(yīng)用更為廣泛。較長時期以來，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號的

34、硬質(zhì)合金作為切削不銹鋼的刀具材料，但均不能獲得較理想的效果；采用新牌號硬質(zhì)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。而用813牌號硬質(zhì)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(HRA91)、強度(sb=1570MPa)，又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結(jié)性，其組織致密耐磨性好。6 切削不銹鋼時怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？前角g0：不銹鋼的硬度、強度并不高，但其塑性、韌性都較好，熱強性高，切削時切屑不易被切離。在保證刀具有足夠強度的前提下，應(yīng)選用較大的前角，這樣不僅能夠減小被切削

35、金屬的塑性變形，而且可以降低切削力和切削溫度，同時使硬化層深度減小。車削各種不銹鋼的前角大致為12°30°。對馬氏體不銹鋼(如2Cr13)，前角可取較大值；對奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼，前角應(yīng)取較小值；對未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或調(diào)質(zhì)后硬度較低的不銹鋼，可取較大前角；直徑較小或薄壁工件，宜采用較大的前角。高速鋼銑刀取gn=10°20°，硬質(zhì)合金銑刀取gn=5°10°；鉸刀一般取g0=8°12°；絲錐一般取g0=15°20°(機用)或g0=20°(手用)。后角a0：加大后角能減小后刀面與加工表面的

36、摩擦，但會使切削刃的強度和散熱能力降低。后角的合理值取決于切削厚度，切削厚度小時，宜選較大后角。不銹鋼車刀或鏜刀通常取a0=10°20°(精加工)或a0=6°10°(粗加工)；高速鋼端銑刀取a0=10°20°，立銑刀取a0=15°20°；硬度合金端銑刀取a0=5°10°，立銑刀取a0=12°16°；鉸刀和絲錐取a0=8°12°。 圖1 雙刃傾角斷屑車刀主偏角kr、副偏角kr，和re：減小主偏角可增加刀刃工作長度，有利于散熱，但在切削過程中使徑向力

37、加大，容易產(chǎn)生振動，常取kr=45°75°，若機床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取kr=8°15°。為了加強刀尖，一般應(yīng)磨出e=0.51.0 mm的刀尖圓弧。刃傾角ls：為了增加刀尖強度，刃傾角一般取ls=-8°-3°，斷續(xù)切削時取較大值ls=-15°-5°。生產(chǎn)實踐中，為了加大切屑變形，提高刀尖強度與散熱能力，采用雙刃傾角車刀，取得了良好的斷屑效果，也加寬了斷屑范圍，如圖1所示。第一刃傾角ls10°，第二刃傾角在接近刀尖部位，ls2-20°，第二刃傾角的刀刃長度lls2。ap/3。當(dāng)雙刃傾角車

38、刀的g0=20°、a0=6°8°、kr=90°或75°、倒棱前角g01=-10°、re=0.150.2 mm時，在Vc=80100 m/min、f=0.20.3 mm/r、ap=415 mm的條件下切削，斷屑效果良好，刀具耐用度高。要求刀具前后刀面的表面粗糙度值小，刀具磨鈍標(biāo)錐VB為加工一般材料的1/2。核心提示：本文重點介紹分析了不銹鋼的性能，切削特點，怎樣選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量，切削液和冷卻方式，加工方式等等1 什么是不銹鋼？通常，人們把含鉻量大于12%或含鎳量大于8%的合金鋼叫不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中

39、具有一定的耐蝕能力，并在較高溫度(>450)下具有較高的強度。含鉻量達16%18%的鋼稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，習(xí)慣上通稱為不銹鋼。鋼中含鉻量達12%以上時，在與氧化性介質(zhì)接觸中，由于電化學(xué)作用，表面很快形成一層富鉻的鈍化膜，保護金屬內(nèi)部不受腐蝕；但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，仍不易形成堅固的鈍化膜。為了提高鋼的耐蝕能力，通常增大鉻的比例或添加可以促進鈍化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，這些元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時改變了鋼的內(nèi)部組織以及物理力學(xué)性能。這些合金元素在鋼中的含量不同，對不銹鋼的性能產(chǎn)生不同的影響，有的有磁性，有的無磁性，有的能夠進行熱處理，有的

40、則不能熱處理。由于不銹鋼所具有的上述特性，越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工業(yè)部門及日常生活中。所含的合金元素對切削加工性影響很大，有的甚至很難切削。2 不銹鋼可分為哪幾類？不銹鋼按其成分，可分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。工業(yè)上常用的不銹鋼一般按金相組織分類，可分為以下五大類：馬氏體不銹鋼：含鉻量12%18%，含碳量0.1%0.5%(有時達1%)，常見的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。鐵素體不銹鋼：含鉻量12%30%，常見的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr1

41、3Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。奧氏體不銹鋼：含絡(luò)量12%25%，含鎳量7%20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常見的還有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。奧氏體+鐵素體不銹鋼：與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量的鐵素體，常見的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03

42、N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。沉淀硬化不銹鋼：含有較高的鉻、鎳和很低的碳，常見的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。前兩類為鉻不銹鋼，后三類為鉻鎳不銹鋼。3 不銹鋼有哪些物理、力學(xué)性能？馬氏體不銹鋼：能進行淬火，淬火后具有較高的硬度、強度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但內(nèi)應(yīng)力大且脆。經(jīng)低溫回火后可消除其應(yīng)力，提高塑性，切削加工較困難，有切屑擦傷或粘結(jié)的明顯趨向，刀具易磨損。當(dāng)鋼中含碳量低于0.3%時，組織不均勻，粘附性強，切削時容易

43、產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，工件已加工表面質(zhì)量低。含碳量達0.4%0.5%時，切削加工性較好。馬氏體不銹鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，可獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其切削加工性比退火狀態(tài)有很大改善。鐵素體不銹鋼：加熱冷卻時組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，故熱處理不能使其強化，只能靠變形強化，性能較脆，切削加工性一般較好。切屑呈帶狀，切屑容易擦傷或粘結(jié)于切削刃上，從而增大切削力，切削溫度升高，同時可能使工件表面產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼：由于含有較多的鎳(或錳)，加熱時組織不變，故淬火不能使其強化，可略改善其加工性。通過冷加工硬化可大幅度提高強度，如果再經(jīng)時效處理，抗拉強度可達25502740 MPa。奧氏體不銹鋼切削時的帶狀

44、切屑連綿不斷，斷屑困難，極易產(chǎn)生加工硬化，硬化層給下一次切削帶來很大難度，使刀具急劇磨損，刀具耐用度大幅度下降。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的耐蝕能力，較突出的是冷變形能力，無磁性。奧氏體+鐵素體不銹鋼：有硬度極高的金屬間化合物析出，強度比奧氏體不銹鋼高，其切削加工性更差。沉淀硬化不銹鋼：含有能起沉淀硬化的鉈、鋁、鉬、鈦等合金元素，它們在回火時時效析出，產(chǎn)生沉淀硬化，使鋼具有很高的強度和硬度。由于含碳量低保證了足夠的含鉻量，因此具有良好的耐腐蝕性能。4 不銹鋼有哪些切削特點?不銹鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%，奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對

45、切削加工性為40%；鐵素體不銹鋼1Cr28為48%；馬氏體不銹鋼2Cr13為55%。其中，以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的切削加工性最差。不銹鋼在切削過程中有如下幾方面特點：加工硬化嚴(yán)重：在不銹鋼中，以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度sb達14701960MPa，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b30%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1.42.2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(yīng)力的作用下，

46、部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質(zhì)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(yán)重影響后續(xù)工序的順利進行。切削力大：不銹鋼在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。同時，不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，熱強度高，進一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工不銹鋼的切削力大，如車削1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450MPa，比45號鋼高25%。切削溫度高：切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大，產(chǎn)生的切削熱多；加上不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為45號鋼的?，大量切削熱都集中在切削

47、區(qū)和刀屑接觸的界面上，散熱條件差。在相同的條件下，1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45號鋼高200左右。切屑不易折斷、易粘結(jié)：不銹鋼的塑性、韌性都很大，車加工時切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進行，切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。刀具易磨損：切削不銹鋼過程中的親和作用，使刀屑間產(chǎn)生粘結(jié)、擴散，從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴散磨損，致使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃還會形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高，切削時

48、直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會使刀具磨損加劇。線膨脹系數(shù)大：不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼的1.5倍，在切削溫度作用下，工件容易產(chǎn)生熱變形，尺寸精度較難控制。5 切削不銹鋼時怎樣選擇刀具材料？合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。根據(jù)不銹鋼的切削特點，要求刀具材料應(yīng)具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小等特點。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼的選擇：高速鋼主要用來制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復(fù)雜多刃刀具。普通高速鋼W18Cr4V使用時刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果。在相同的車削條件下，用W18Cr

49、4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加工的件數(shù)分別為23件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由于提高了鋼的含碳量，從而增加了鋼中碳化物含量，常溫硬度提高2HRC紅硬性更好，600時由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC5152，耐磨性比W18Cr4V提高23倍。應(yīng)用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo制作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度。因為含釩量增加，可在鋼中形成硬度很高的VC，細小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒長大，提高鋼的耐磨性；W12Cr4V4Mo的紅硬性很好，600時硬度可達HRC51.7，因此適合于

50、制作切削不銹鋼的各種復(fù)雜刀具。但其強度(sb=3140 MPa)及沖擊韌性(ak=2.5 J/cm3)略低于W18Cr4V，使用時要稍加注意。隨著刀具制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對于批量大的工件，采用硬質(zhì)合金多刃、復(fù)雜刀具進行切削加工效果會更好。硬質(zhì)合金的選擇：YG類硬質(zhì)合金的韌性較好，可采用較大的前角，刀刃也可以磨得鋒利些，使切削輕快，且切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，較適于加工不銹鋼。特別是在振動的粗車和斷續(xù)切削時，YG類合金的這一優(yōu)點更為重要。另外，YG類合金的導(dǎo)熱性較好，其導(dǎo)熱系數(shù)比高速鋼高將近兩倍，比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不銹鋼切削中應(yīng)用較多，特別是在粗車刀、切斷刀、擴孔鉆及鉸刀等制造中

51、應(yīng)用更為廣泛。較長時期以來，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號的硬質(zhì)合金作為切削不銹鋼的刀具材料，但均不能獲得較理想的效果；采用新牌號硬質(zhì)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。而用813牌號硬質(zhì)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(HRA91)、強度(sb=1570MPa)，又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結(jié)性，其組織致密耐磨性好。6 切削不銹鋼時怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？前角g0：不銹鋼的硬度、強度并不高，但其塑性、韌性都較好，熱強性高，切

52、削時切屑不易被切離。在保證刀具有足夠強度的前提下，應(yīng)選用較大的前角，這樣不僅能夠減小被切削金屬的塑性變形，而且可以降低切削力和切削溫度，同時使硬化層深度減小。車削各種不銹鋼的前角大致為12°30°。對馬氏體不銹鋼(如2Cr13)，前角可取較大值；對奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼，前角應(yīng)取較小值；對未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或調(diào)質(zhì)后硬度較低的不銹鋼，可取較大前角；直徑較小或薄壁工件，宜采用較大的前角。高速鋼銑刀取gn=10°20°，硬質(zhì)合金銑刀取gn=5°10°；鉸刀一般取g0=8°12°；絲錐一般取g0=15°20

53、76;(機用)或g0=20°(手用)。后角a0：加大后角能減小后刀面與加工表面的摩擦，但會使切削刃的強度和散熱能力降低。后角的合理值取決于切削厚度，切削厚度小時，宜選較大后角。不銹鋼車刀或鏜刀通常取a0=10°20°(精加工)或a0=6°10°(粗加工)；高速鋼端銑刀取a0=10°20°，立銑刀取a0=15°20°；硬度合金端銑刀取a0=5°10°，立銑刀取a0=12°16°；鉸刀和絲錐取a0=8°12°。 圖1 雙刃傾角斷屑車刀主偏角

54、kr、副偏角kr，和re：減小主偏角可增加刀刃工作長度，有利于散熱，但在切削過程中使徑向力加大，容易產(chǎn)生振動，常取kr=45°75°，若機床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取kr=8°15°。為了加強刀尖，一般應(yīng)磨出e=0.51.0 mm的刀尖圓弧。刃傾角ls：為了增加刀尖強度，刃傾角一般取ls=-8°-3°，斷續(xù)切削時取較大值ls=-15°-5°。生產(chǎn)實踐中，為了加大切屑變形，提高刀尖強度與散熱能力，采用雙刃傾角車刀，取得了良好的斷屑效果，也加寬了斷屑范圍，如圖1所示。第一刃傾角ls10°，第二刃傾角在接

55、近刀尖部位，ls2-20°，第二刃傾角的刀刃長度lls2。ap/3。當(dāng)雙刃傾角車刀的g0=20°、a0=6°8°、kr=90°或75°、倒棱前角g01=-10°、re=0.150.2 mm時，在Vc=80100 m/min、f=0.20.3 mm/r、ap=415 mm的條件下切削，斷屑效果良好，刀具耐用度高。要求刀具前后刀面的表面粗糙度值小，刀具磨鈍標(biāo)錐VB為加工一般材料的1/2。12 怎樣解決耐酸不銹鋼鉆孔時的斷屑問題？耐酸不銹鋼的塑性和韌性都很大，鉆孔時存在的主要問題是不容易斷屑，影響切削液的流入，切削區(qū)溫度高，刀具耐

56、用度低，生產(chǎn)率低。在鉆孔時，切削負荷大，形成切屑要消耗很多的能量，再加上這類不銹鋼的高溫強度和硬度高，鉆屑在切離時不易折斷；同時冷作硬化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，表面硬化程度可達100%以上，硬化層厚度達0.10.2mm。耐酸不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，只有碳鋼的1/31/4，切削區(qū)溫度很高，與其他金屬的親和作用強以及材料中存在的硬質(zhì)點，加劇了刀具的磨損。為了解決耐酸不銹鋼鉆孔時的斷屑問題，研制了新型鉆耐酸不銹鋼斷屑群鉆，用它鉆孔時切屑長100mm左右呈“禮花”狀從孔中排出，斷屑效果十分理想。在鉆孔過程中要出這種切屑的關(guān)鍵是：一要使分屑點處于臨界分屑狀態(tài)；二要適當(dāng)磨出鉆尖高(h=0.05D0.07D)和圓弧半徑(R=0.2D)；三是L1=1.73.3 mm位置應(yīng)選擇恰當(dāng)，并配合適當(dāng)大的進給量和較低的切削速度，使切屑在斜擰狀態(tài)中折斷。使用耐酸不銹鋼斷屑群鉆鉆孔時，應(yīng)選用較低的切削速度和較大的進給量，有利于實現(xiàn)斷屑。13 怎樣對不銹鋼進行鉸孔？對不銹鋼鉸孔時，經(jīng)常遇到的問題是：孔表