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分析不銹鋼為什么切削加工困難
閱讀：1708 發(fā)布時(shí)間：2022-5-25
1.與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，不銹鋼材料加入了Cr、Ni、N、Nb、Mo等合金元素。這些合金元素的增加，不僅提高了鋼的耐蝕性，對(duì)不銹鋼的機(jī)械性能也有一定影響。如馬氏體不銹鋼4Cr13與45號(hào)中碳鋼相比，具有相同的含碳量，但相對(duì)切削加工性只有45鋼的58%；奧氏體不銹1Cr18Ni9Ti只有40%，而奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼韌性高、切削性更差。
2.不銹鋼材料切削難點(diǎn)分析
在實(shí)際加工中，切削不銹鋼往往伴隨著斷刀、粘刀現(xiàn)象的發(fā)生。由于不銹鋼在切削時(shí)塑性變形大，產(chǎn)生的切屑不易折斷、易粘結(jié)，導(dǎo)致在切削過程中加工硬化嚴(yán)重，每一次走刀都對(duì)下一次切削產(chǎn)生硬化層，經(jīng)過層層積累，不銹鋼在切削過程中的硬度越來越大，需要的切削力也隨之升高。
加工硬化層的產(chǎn)生、切削力的增高必然導(dǎo)致刀具與工件之間的摩擦增大，切削溫度也隨之升高。并且，不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較小，散熱條件差，大量切削熱集中刀具與工件之間，使已加工表面惡化，嚴(yán)重影響了已加工表面的質(zhì)量。而且，切削溫度的升高會(huì)加劇刀具磨損，使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃產(chǎn)生缺口，從而影響工件表面質(zhì)量，降低了工作效率，增加了生產(chǎn)成本。
3.提高不銹鋼加工質(zhì)量的方法
由上可以看出，不銹鋼的加工比較困難，切削時(shí)易產(chǎn)生硬化層，容易斷刀；產(chǎn)生的切屑不易折斷，導(dǎo)致粘刀，會(huì)加劇刀具的磨損。針對(duì)不銹鋼這些切削特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我們從刀具材料、切削參數(shù)及冷卻方式三方面入手，找到提高不銹鋼加工質(zhì)量的方法。
3.1 刀具材料的選擇
選擇合適的刀具是加工出高質(zhì)量零件的基礎(chǔ)。刀具太差，加工不出合格的零件；選擇過好的刀具，雖然能滿足零件的表面質(zhì)量要求，但容易造成浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)成本。結(jié)合不銹鋼切削時(shí)散熱條件差、產(chǎn)生加工硬化層、易粘刀等特點(diǎn)，選擇的刀具材料應(yīng)滿足耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼親和作用小的特點(diǎn)。
3.1.1 高速鋼
高速鋼是加入W、Mo、Cr、V、Go等合金元素的高合金工具鋼，具有較好的工藝性能，強(qiáng)度和韌性配合好，抗沖擊振動(dòng)的能力較強(qiáng)。在高速切削產(chǎn)生高熱情況下（約500℃）仍能保持高的硬度（HRC仍在60以上），高速鋼紅硬性好，適合制作銑刀、車刀等銑削刀具，可以滿足不銹鋼切削時(shí)產(chǎn)生的硬化層及散熱性差等切削環(huán)境。
W18Cr4V是最典型的高速鋼刀具，自1906年誕生以來，已經(jīng)被廣泛制作成各種刀具以滿足切削加工的需要。但隨著各種被加工材料機(jī)械性能的不斷提高，W18Cr4V刀具已經(jīng)不能滿足難加工材料的加工要求。高性能的鈷高速鋼應(yīng)時(shí)而生。與普通高速鋼相比，鈷高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性，適合高切除率加工和斷續(xù)切削加工，常用牌號(hào)如W12Cr4V5Co5。
3.1.2 硬質(zhì)合金鋼
硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷或鎳、鉬為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金具有強(qiáng)度和韌性較好，耐熱、耐磨、耐腐蝕、硬度高等一系列優(yōu)良性能。在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時(shí)仍有很高的硬度，適合不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料的切削加工。常見硬質(zhì)合金主要分為三類：YG類（鎢鈷類硬質(zhì)合金）、YT類（鎢鈦鈷類）、YW類（鎢鈦鉭（鈮）類），這三種合金的成分不同，用途也有很大差別。其中YG類硬質(zhì)合金由于具有較好的韌性，導(dǎo)熱性也較好，可以選擇較大的前角，適合不銹鋼的切削。
3.2 切削不銹鋼刀具幾何參數(shù)的選擇
1）前角γo：結(jié)合不銹鋼強(qiáng)度高、韌性好、切削時(shí)切屑不易被切離等特點(diǎn)，在保證刀具有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選用較大的前角，這樣既可以減小加工對(duì)象的塑性變形，也能夠降低切削溫度和切削力，同時(shí)減少硬化層的產(chǎn)生。
2）后角αo：增加后角將減小加工表面與后刀面的摩擦，但切削刃的散熱能力和強(qiáng)度也隨之降低。后角的大小取決于切削厚度，切削厚度大時(shí)，宜選較小后角。
3）主偏角kr、副偏角k′r、：主偏角kr的減小可增加刀刃工作長度，有利于散熱，但在切削時(shí)會(huì)增加徑向力，容易產(chǎn)生振動(dòng)，常取kr值為50°～90°，若機(jī)床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取k′r=9°～15°。
4）刃傾角λs：為了增加刀尖強(qiáng)度，刃傾角一般取λs=7°～—3°。
3.3 切削液和冷去方式的選擇
由于不銹鋼的切削加工性較差，對(duì)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：
1）乳化液：比較常見的冷卻方式，具有較好的冷卻、清洗、潤滑性能，常用于不銹鋼粗車。
2）硫化油：切削過程中能在金屬表面形成高熔點(diǎn)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，一般用于鉆孔、鉸孔及攻絲。
3）機(jī)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。
在切削加工過程中應(yīng)使切削液噴嘴對(duì)準(zhǔn)切削區(qū)，或采用高壓冷卻，噴霧冷卻等冷卻方式。?
5.結(jié)語
綜上所述，雖然不銹鋼的切削性差，具有加工硬化嚴(yán)重、切削力大、導(dǎo)熱系數(shù)低、易粘刀、易磨損刀具等缺點(diǎn)，但只要找到合適的加工方法，采用合適的刀具、切削方式以及切削用量，選擇合適的冷卻液，在工作中勤于思考，不銹鋼等難加工材料也就迎“刃”而解了。
2.不銹鋼材料切削難點(diǎn)分析
在實(shí)際加工中，切削不銹鋼往往伴隨著斷刀、粘刀現(xiàn)象的發(fā)生。由于不銹鋼在切削時(shí)塑性變形大，產(chǎn)生的切屑不易折斷、易粘結(jié)，導(dǎo)致在切削過程中加工硬化嚴(yán)重，每一次走刀都對(duì)下一次切削產(chǎn)生硬化層，經(jīng)過層層積累，不銹鋼在切削過程中的硬度越來越大，需要的切削力也隨之升高。
加工硬化層的產(chǎn)生、切削力的增高必然導(dǎo)致刀具與工件之間的摩擦增大，切削溫度也隨之升高。并且，不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較小，散熱條件差，大量切削熱集中刀具與工件之間，使已加工表面惡化，嚴(yán)重影響了已加工表面的質(zhì)量。而且，切削溫度的升高會(huì)加劇刀具磨損，使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃產(chǎn)生缺口，從而影響工件表面質(zhì)量，降低了工作效率，增加了生產(chǎn)成本。
3.提高不銹鋼加工質(zhì)量的方法
由上可以看出，不銹鋼的加工比較困難，切削時(shí)易產(chǎn)生硬化層，容易斷刀；產(chǎn)生的切屑不易折斷，導(dǎo)致粘刀，會(huì)加劇刀具的磨損。針對(duì)不銹鋼這些切削特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我們從刀具材料、切削參數(shù)及冷卻方式三方面入手，找到提高不銹鋼加工質(zhì)量的方法。
3.1 刀具材料的選擇
選擇合適的刀具是加工出高質(zhì)量零件的基礎(chǔ)。刀具太差，加工不出合格的零件；選擇過好的刀具，雖然能滿足零件的表面質(zhì)量要求，但容易造成浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)成本。結(jié)合不銹鋼切削時(shí)散熱條件差、產(chǎn)生加工硬化層、易粘刀等特點(diǎn)，選擇的刀具材料應(yīng)滿足耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼親和作用小的特點(diǎn)。
3.1.1 高速鋼
高速鋼是加入W、Mo、Cr、V、Go等合金元素的高合金工具鋼，具有較好的工藝性能，強(qiáng)度和韌性配合好，抗沖擊振動(dòng)的能力較強(qiáng)。在高速切削產(chǎn)生高熱情況下（約500℃）仍能保持高的硬度（HRC仍在60以上），高速鋼紅硬性好，適合制作銑刀、車刀等銑削刀具，可以滿足不銹鋼切削時(shí)產(chǎn)生的硬化層及散熱性差等切削環(huán)境。
W18Cr4V是最典型的高速鋼刀具，自1906年誕生以來，已經(jīng)被廣泛制作成各種刀具以滿足切削加工的需要。但隨著各種被加工材料機(jī)械性能的不斷提高，W18Cr4V刀具已經(jīng)不能滿足難加工材料的加工要求。高性能的鈷高速鋼應(yīng)時(shí)而生。與普通高速鋼相比，鈷高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性，適合高切除率加工和斷續(xù)切削加工，常用牌號(hào)如W12Cr4V5Co5。
3.1.2 硬質(zhì)合金鋼
硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷或鎳、鉬為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金具有強(qiáng)度和韌性較好，耐熱、耐磨、耐腐蝕、硬度高等一系列優(yōu)良性能。在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時(shí)仍有很高的硬度，適合不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料的切削加工。常見硬質(zhì)合金主要分為三類：YG類（鎢鈷類硬質(zhì)合金）、YT類（鎢鈦鈷類）、YW類（鎢鈦鉭（鈮）類），這三種合金的成分不同，用途也有很大差別。其中YG類硬質(zhì)合金由于具有較好的韌性，導(dǎo)熱性也較好，可以選擇較大的前角，適合不銹鋼的切削。
3.2 切削不銹鋼刀具幾何參數(shù)的選擇
1）前角γo：結(jié)合不銹鋼強(qiáng)度高、韌性好、切削時(shí)切屑不易被切離等特點(diǎn)，在保證刀具有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選用較大的前角，這樣既可以減小加工對(duì)象的塑性變形，也能夠降低切削溫度和切削力，同時(shí)減少硬化層的產(chǎn)生。
2）后角αo：增加后角將減小加工表面與后刀面的摩擦，但切削刃的散熱能力和強(qiáng)度也隨之降低。后角的大小取決于切削厚度，切削厚度大時(shí)，宜選較小后角。
3）主偏角kr、副偏角k′r、：主偏角kr的減小可增加刀刃工作長度，有利于散熱，但在切削時(shí)會(huì)增加徑向力，容易產(chǎn)生振動(dòng)，常取kr值為50°～90°，若機(jī)床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取k′r=9°～15°。
4）刃傾角λs：為了增加刀尖強(qiáng)度，刃傾角一般取λs=7°～—3°。
3.3 切削液和冷去方式的選擇
由于不銹鋼的切削加工性較差，對(duì)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：
1）乳化液：比較常見的冷卻方式，具有較好的冷卻、清洗、潤滑性能，常用于不銹鋼粗車。
2）硫化油：切削過程中能在金屬表面形成高熔點(diǎn)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，一般用于鉆孔、鉸孔及攻絲。
3）機(jī)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。
在切削加工過程中應(yīng)使切削液噴嘴對(duì)準(zhǔn)切削區(qū)，或采用高壓冷卻，噴霧冷卻等冷卻方式。?
5.結(jié)語
綜上所述，雖然不銹鋼的切削性差，具有加工硬化嚴(yán)重、切削力大、導(dǎo)熱系數(shù)低、易粘刀、易磨損刀具等缺點(diǎn)，但只要找到合適的加工方法，采用合適的刀具、切削方式以及切削用量，選擇合適的冷卻液，在工作中勤于思考，不銹鋼等難加工材料也就迎“刃”而解了。