不锈钢的切削

时间：2009-06-22 阅读：2676

不锈钢的切削

资讯来源：互联网 | 发布时间：2008-6-23 9:32:00

名词解释：

1.切削不锈钢时怎样选择刀具材料

合理选择刀具材料是保证率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。目前常用

1.切削不锈钢时怎样选择刀具材料

合理选择刀具材料是保证率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。目前常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。

高速钢的选择：高速钢主要用来制造铣刀、钻头、丝锥、拉刀等复杂多刃刀具。普通高速钢W18Cr4V使用时刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速钢刀具切削不锈钢可获得较好的效果。

在相同的车削条件下，用W18Cr4V和95w18Cr4V两种材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加工的件数分别为2～3件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了几倍。这是由于提高了钢的含碳量，从而增加了钢中碳化物含量，常温硬度提高2HRC红硬性更好，600℃时由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC51～52，耐磨性比W18Cr4V提高2～3倍。

应用高钒高速钢W12Cr4V4Mo制作型面铣刀加工1Cr17Ni2可以获得较高的刀具耐用度。因为含钒量增加，可在钢中形成硬度很高的VC，细小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒长大，提高钢的耐磨性；W12Cr4V4Mo的红硬性很好，600℃时硬度可达HRC51.7，因此适合于制作切削不锈钢的各种复杂刀具。但其强度（s_b=3140 MPa）及冲击韧性（a_k=2.5 J/cm³）略低于W18Cr4V，使用时要稍加注意。

随着刀具制作技术的不断发展，对于批量大的工件，采用硬质合金多刃、复杂刀具进行切削加工效果会更好。

硬质合金的选择：YG类硬质合金的韧性较好，可采用较大的前角，刀刃也可以磨得锋利些，使切削轻快，且切屑与刀具不易产生粘结，较适于加工不锈钢。特别是在振动的粗车和断续切削时，YG类合金的这一优点更为重要。另外，YG类合金的导热性较好，其导热系数比高速钢高将近两倍，比YT类合金高一倍。因此YG类合金在不锈钢切削中应用较多，特别是在粗车刀、切断刀、扩孔钻及铰刀等制造中应用更为广泛。

较长时期以来，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌号的硬质合金作为切削不锈钢的刀具材料，但均不能获得较理想的效果；采用新牌号硬质合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不锈钢可获得较好的效果。而用813牌号硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢效果很好，因为813合金既具有较高的硬度（≥HRA91）、强度（s_b=1570MPa），又具有良好的高温韧性、抗氧化性、抗粘结性，其组织致密耐磨性好。

2.切削不锈钢时怎样选择刀具几何参数

前角g₀：不锈钢的硬度、强度并不高，但其塑性、韧性都较好，热强性高，切削时切屑不易被切离。在保证刀具有足够强度的前提下，应选用较大的前角，这样不仅能够减小被切削金属的塑性变形，而且可以降低切削力和切削温度，同时使硬化层深度减小。
车削各种不锈钢的前角大致为12°～30°。对马氏体不锈钢（如2Cr13），前角可取较大值；对奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢，前角应取较小值；对未经调质处理或调质后硬度较低的不锈钢，可取较大前角；直径较小或薄壁工件，宜采用较大的前角。
高速钢铣刀取g_n=10°～20°，硬质合金铣刀取g_n=5°～10°；铰刀一般取g₀=8°～12°；丝锥一般取g₀=15°～20°（机用）或g₀=20°（手用）。
后角a₀：加大后角能减小后刀面与加工表面的摩擦，但会使切削刃的强度和散热能力降低。后角的合理值取决于切削厚度，切削厚度小时，宜选较大后角。
不锈钢车刀或镗刀通常取a₀=10°～20°（精加工）或a₀=6°～10°（粗加工）；高速钢端铣刀取a₀=10°～20°，立铣刀取a₀=15°～20°；硬度合金端铣刀取a₀=5°～10°，立铣刀取a₀=12°～16°；铰刀和丝锥取a₀=8°～12°。

图1 双刃倾角断屑车刀
主偏角k_r、副偏角k′_r，和r_e：减小主偏角可增加刀刃工作长度，有利于散热，但在切削过程中使径向力加大，容易产生振动，常取k_r=45°～75°，若机床刚性不足，可适当加大。副偏角常取k′_r=8°～15°。为了加强刀尖，一般应磨出_e=0.5～1.0 mm的刀尖圆弧。
刃倾角l_s：为了增加刀尖强度，刃倾角一般取l_s=-8°～-3°，断续切削时取较大值l_s=-15°～-5°。
生产实践中，为了加大切屑变形，提高刀尖强度与散热能力，采用双刃倾角车刀，取得了良好的断屑效果，也加宽了断屑范围，如图1所示。*刃倾角l_s1≥0°，第二刃倾角在接近刀尖部位，l_s2≈-20°，第二刃倾角的刀刃长度l_{l_s2}。≈a_p/3。
当双刃倾角车刀的g₀=20°、a₀=6°～8°、k_r=90°或75°、倒棱前角g₀₁=-10°、r_e=0.15～0.2 mm时，在V_c=80～100 m/min、f=0.2～0.3 mm/r、a_p=4～15 mm的条件下切削，断屑效果良好，刀具耐用度高。
要求刀具前后刀面的表面粗糙度值小，刀具磨钝标锥VB为加工一般材料的1/2。

图2 切削不锈钢的断（卷）屑槽

3.切削不锈钢时怎样选择刀具断（卷）屑槽和刃口形式

切削不锈钢时还应选择合适的刀具断（卷）屑槽，以便控制连绵不断的切屑，通常采用全圆弧形或直线圆弧形断（卷）屑槽。断（卷）屑槽的宽度Bn=3～5 mm，槽深h=0.5～1.3 mm，Rn=2～8 mm。一般情况下，粗车时a_p、f大，断（卷）屑槽宜宽而浅；精车时a_p、f小，应窄而深些。断（卷）屑槽的形式见图2。

切削加工过程中，如果发生切屑缠绕在工件或刀具上的现象，表示断（卷）屑槽过宽过浅，可加大进给量，使切屑折断；如果切屑挤轧在槽内，发出吱吱叫声，或切屑飞溅伤人，表示断（卷）屑槽太窄太深，这时可减小进给量。同时还要注意控制断（卷）屑槽的位置。断（卷）屑槽的尺寸见表1、表2和表3。

**表1 外圆车刀断（卷）屑槽尺寸**
工件直径（mm）	半径Rn （mm）	宽度Bn （mm）	前角g₀ （°）	倒棱尺寸b_g （mm）
≤20	1.5	2	42	精车：0.05～0.10 粗车：0.10～0.20
≤20	2.5	3	37
20～40	3	3	30
	3.5	3.5	30
	4	4	30
＞40～80	4	4	30
	4.5	4.5	30
	5	5	30
＞80～200	5.5	5	27	精车：0.10～0.20 粗车：0.15～0.30
	6	5.5	27
	6.5	6	27.5
＞200	6.5	6	27.5
	7	6.5	27.5
	7.5	7	27.5

**表2 镗刀断（卷）屑槽尺寸**
镗孔直径（mm）	半径Rn （mm）	加工1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢及中等硬度2Cr13马氏体不锈钢		加工耐浓硝酸不锈钢及较硬的2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢
镗孔直径（mm）	半径Rn （mm）	宽度Bn （mm）	前角g₀ （°）	宽度Bn （mm）	前角g₀ （°）
≤20	1.6	2.0	39	1.6	30
	2.0	2.5	39	2.0	30
	2.5	3.0	37	2.5	30
＞20～40	2.0	2.5	39	2.0	30
	2.5	3.0	37	2.5	30
	3.0	3.5	36	2.8	28
＞40～60	4.0	4.0	30	3.2	24
	4.5	4.5	30	3.5	23
	5.0	5.0	30	4.0	24
＞60～80	4.5	4.5	30	3.5	23
	5.0	5.0	30	4.0	24
	6.0	6.0	30	5.0	24.5
＞80	5.0	4.0	24	3.5	20.5
	6.0	5.0	24.5	4.5	22
	7	6.0	25.5	5.0	21

**表3 切断刀断（卷）屑槽尺寸**
切断直径（mm）	≤20			＞20～50			＞50～80			＞80～120
半径Rn （mm）	2.5	3.2	4.2	3.2	4.5	5.5	4.2	5.5	6.5	5.5	6.5	8
宽度Bn （mm）	3	4	5	4	5	6	5	6	7	6	7	8
前角g₀ （°）	37	39	36.5	39	30.5	33	36.5	33	32.5	33	32.5	30

4.切削不锈钢时怎样选择切削用量

切削用量对加工不锈钢时的加工硬化、切削力、切削热等有很大影响，特别是对刀具耐用度的影响较大。选择的切削用量合理与否，将直接影响切削效果。

**表4 车螺纹和钻、扩、铰孔时的切削用量**
工序名称	切削速度V_c （m/min）	进给量f （mm/r）	切削深度a_p （mm）
车螺纹	20～50	-	0.1～1
钻孔	12～20	0.1～0.25	≤17.5
扩孔	8～18	0.1～0.4	0.1～1
铰孔	2.5～5	0.1～0.2	0.1～0.2
注：刀具材料为高速钢

切削速度V_c：加工不锈钢时切削速度稍微提高一点，切削温度就会高出许多，刀具磨损加剧，耐用度则大幅度下降。
为了保证合理的刀具耐用度，就要降低切削速度，一般按车削普通碳钢的40%～60%选取。镗孔和切断时，由于刀具刚性、散热条件、冷却润滑效果及排屑情况都比车外圆差，切削速度还要适当降低。
不同种类的加工性各不相同，切削速度也需相应调整。一般1Cr18Ni9Ti等奥氏体速度校正系数Kv为1.0，硬度在HRC28以下的2cr13等马氏体不锈钢的Kv为1.3～1.5，硬度为HRC28～35的2Cr13等马氏体不锈钢的Kv为0.9～1.1，硬度在HRC35以上的2Cr13等马氏体不锈钢的Kv为0.7～0.8，耐浓硝酸不锈钢的Kv为0.6～0.7。
切削深度a_p：粗加工时余量较大，应选用较大的切深，可减少走刀次数，同时可避免刀尖与毛坯表皮接触，减轻刀具磨损。但加大切深应注意不要因切削力过大而引起振动，可选a_p=2～5 mm。精加工时可选较小的切削深度，还要避开硬化层，一般采用a_p=0.2～0.5 mm。
进给量f：进给量的增大不仅受到机床动力的限制，而且切削残留高度和积屑瘤高度都随进给量的增加而加大，因此进给量不能过大。为提高加工表面质量，精加工时应采用较小的进给量。同时，应注意f不得小于0.1 mm/r，避免微量进给，以免在加工硬化区进行切削，并且应注意切削刃不要在切削表面停留。

加工用量见表4和表5。

**表5 不锈钢的常用切削用量**
工件直径范围（mm）	车外圆				镗孔		切断
	粗加工		精加工		镗孔		切断
	主轴转速n （m/min）	进给量f （mm/r）	主轴转速n （m/min）	进给量f （mm/r）	主轴转速n （m/min）	进给量f （mm/r）	主轴转速n （m/min）	进给量f （mm/r）
≤10	1200～955	0.19～0.60	1200～955	0.10～0.20	1200～675	0.07～0.30	1200～955	手动
＞10～20	955～765	0.19～0.60	955～765	0.10～0.20	955～600	0.07～0.30	955～765	手动
＞20～40	765～480	0.27～0.81	765～480	0.10～0.30	765～480	0.10～0.50	765～600	0.10～0.25
＞40～60	480～380		600～380		480～380		610～480
＞60～80	380～305		480～305		380～230		180～305
＞80～100	305～230		380～230		305～185		380～230	0.08～0.20
＞100～150	230～150		305～185		230～150		305～150
＞150～200	185～120		230～150		185～120		150以下
注：工件材料：1Cr18Ni9Ti；刀具材料：YG8。表中较小的直径选用较高的主轴转速，较大的直径选用较低的转速。当工件材料和刀具材料不同时，主轴转速应根据具体情况作适当校正。

5.切削不锈钢时怎样选择切削液和冷却方式？

由于加工性较差，对切削液的冷却、润滑、渗透及清洗性能有更高的要求，常用的切削液有以下几类：

硫化油：是以硫为极压添加剂的切削油。切削过程中能在金属表面形成高熔点硫化物，而且在高温下不易破坏，具有良好的润滑作用，并有一定的冷却效果，适用于一般车削、钻孔、铰孔及攻丝。硫化豆油适用于钻、扩、铰孔等工序。
直接硫化油的配方是：矿物油98%，硫2%。
间接硫化油的配方是：矿物油78%～80%，植物油或猪油18%～20%，硫1.7%。
机油、锭子油等矿物油：其润滑性能较好，但冷却和渗透性较差，适用于外圆精车。
植物油：如菜油、豆油等，其润滑性能较好，适用于车螺纹及铰孔、攻丝等工序。
乳化液：具有较好的冷却和清洗性能。也有一定的润滑作用，可用于不锈钢粗车。

在切削加工过程中应使切削液喷嘴对准切削区，或采用高压冷却、喷雾冷却等冷却方式。