浅谈不锈钢切削加工中刀具切削参数的合理选择

浅谈不锈钢切削加工中刀具切削参数的合理选择

　　论文摘要：不锈钢（即含镍量＞8％或者含铬量＞12％的合金钢）目前被广泛应用于石油、化工、航空、航天、食品以及冶金等领域，因此，探讨不锈钢的切削加工具有较大的实际意义。因为切削加工性差，不锈钢为难加工材料。依据不锈钢切削加工的实际特点，从刀具本身、刀具几何角度、切削用量等三名方面的选择论述了不锈钢切削加工中刀具切削参数的合理选择问题。

　　论文关键词：不锈钢切削加工；切削参数；合理选择
　　1 不锈钢切削加工的实际特点
　　1.1 具有很强的加工硬化趋势，极易磨损刀具
　　大部分不锈钢材料（马氏体类不锈钢例外）具有很强的加工硬化趋势，同时，因为加工硬化层具有很高的硬度（通常高于原有硬度2倍左右，表面硬度HV能够达到400-570kg/mm2）。不同的切削条件与不锈钢工件材料，会让加工硬化层深度从数十μm一直深入到数百μm（通常为100μm-200μm）。
　　1.2 切屑不易折断或者卷曲
　　切削过程中切屑不易卷曲和折断。特别是镗孔、钻孔、切断等工序的切削过程中，排屑困难，切屑易划伤已加工表面。在数控机床上切削不锈钢时，断屑与排屑是重点考虑的问题。
　　1.3 切屑具有很强的粘附性，极易造成刀瘤
　　不锈钢材料具有很高的韧性，尤其是对其它金属材料具有较强的亲和力，加工过程非常容易造成刀瘤。
　　1.4 “三高”（高温度、高硬度、高强度）不易分离切屑
　　不锈钢的特性之一就是高温度、高硬度、高强度。例如温度维持在700°C的奥氏体类不锈钢的机械性能仍不会显着降低。

　　2 合理选用加工刀具
　　合理选用加工刀具是进行不锈钢材料加工的重要先决条件。不锈钢加工刀具的必须具有以下特点：较高的强度、硬度、韧性、耐磨性以及较低的不锈钢亲和力。
　　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。对于车刀类较简单的刀具，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 合理选择刀具几何角度
　　合理选择刀具几何角度非常重要，其切削部分的几何角度直接影响着不锈钢工件进行切削加工时的切削力、表面粗糙度、加工硬化趋势、生产率、刀具耐用程度等诸多方面。合理选择刀具几何角度不仅可以提高工件的加工质量和加工效还可以显着降低加工成本（如降低刀具的更换频率和废品率等）。
　　3.1 合理选择前角
　　进行不锈钢切削时，应该在不降低刀具强度的前提之下，适当提高前角 。刀具前角的适当提高会降低刀具的塑性变形能力、切削热以及切削力，加工硬化的趋势也会随之减轻，相应地，刀具耐用度便会显着提高。综合看来，通常情况下刀具前角保持在12°-20°为最佳，具体角度根据实际需要来调整。
　　3.2 合理选择后角
　　在弹性与塑性两方面均高于常规碳素钢的不锈钢，进行切削时，如果刀具后角 过小，会增加车刀后角与切断表面的接触面积，此时，摩擦高温区集中于车刀后角部位，刀具的磨损会显着加快，并且工件的表面光洁度会显着降低。因此，进行不锈钢工件切削时，车刀后角 应该大于车削普通碳钢时的角度，但是不可以过大，因为过大的后角会导致刀刃强度地急剧下降，刀具的耐用度得不到保证。所以，刀具后角保持在6°-10°之间为最佳。

　　3.3 刃倾角
　　由于采用较大的前角，刀尖强度会有所削弱。为增强刀尖强度而又不使背向分力增加过大，刃倾角宜取较小数值，一般为-5°至 -15°，连续切削时取较大值，断续切削时取较小值。

　　4 合理选择切削用量
　　合理选择切削用量直接影响着不锈钢加工的效率与质量，所以，在合理确定刀具类型和刀具几何角度之后，必须要科学合理地确定切削用量。
　　合理选择切削用量时应该注意以下几个问题：首先，不同的不锈钢毛坯具有不同的硬度，应该根据实际情况来选择切削用量；其次，合理选择切削用量，同时需要考量刀具材料、刀具刃磨条件以及焊接质量等因素；再次，除了以上两点，合理选择切削用量需要认真考量零件的直径、车床精度以及加工余量问题。
　　此外，在使用硬质合金刀具加工时，其切削用量应该低于常规碳钢类工件，并保持较低的切削速度，此举在提高表面质量的同时，能够降低积屑瘤与鳞刺的产生几率。