有關(guān)不銹鋼的切削

1、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(qiáng)度。含鉻量達(dá)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(dá)12%以上時(shí)，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(hù)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(jiān)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(jìn)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(shí)改變了鋼的內(nèi)

2、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(duì)不銹鋼的性能產(chǎn)生不同的影響，有的有磁性，有的無(wú)磁性，有的能夠進(jìn)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(lái)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(duì)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： 1. 馬氏體不銹鋼：含鉻量12%18%，含碳量0.1%0.5%(有時(shí)達(dá)1%

3、)，常見(jiàn)的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。 2. 鐵素體不銹鋼：含鉻量12%30%，常見(jiàn)的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。 3. 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(jiàn)的還有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0C

4、r23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。 4. 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(jiàn)的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。 5. 沉淀硬化不銹鋼：含有較高的鉻、鎳和很低的碳，常見(jiàn)的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。 

5、;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？1. 馬氏體不銹鋼：能進(jìn)行淬火，淬火后具有較高的硬度、強(qiáng)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(shí)，組織不均勻，粘附性強(qiáng)，切削時(shí)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(dá)0.4%0.5%時(shí)，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。 2. 鐵素

6、體不銹鋼：加熱冷卻時(shí)組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，故熱處理不能使其強(qiáng)化，只能靠變形強(qiáng)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(shí)可能使工件表面產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。 3. 奧氏體不銹鋼：由于含有較多的鎳(或錳)，加熱時(shí)組織不變，故淬火不能使其強(qiáng)化，可略改善其加工性。通過(guò)冷加工硬化可大幅度提高強(qiáng)度，如果再經(jīng)時(shí)效處理，抗拉強(qiáng)度可達(dá)25502740 MPa。 奧氏體不銹鋼切削時(shí)的帶狀切屑連綿不斷，斷屑困難，極易產(chǎn)生加工硬化(在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度增高,塑性和韌性降低的的現(xiàn)象)，硬化層給下一次切削帶

7、來(lái)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(wú)磁性。 4. 奧氏體+鐵素體不銹鋼：有硬度極高的金屬間化合物析出，強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高，其切削加工性更差。 5. 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?cè)诨鼗饡r(shí)時(shí)效析出，產(chǎn)生沉淀硬化，使鋼具有很高的強(qiáng)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(diǎn)?不銹鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號(hào)鋼的切削加工性作為100%，奧氏體不銹

8、鋼1Cr18Ni9Ti的相對(duì)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?shī)W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(guò)程中有如下幾方面特點(diǎn)： 1. 加工硬化嚴(yán)重：在不銹鋼中，以?shī)W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(qiáng)度sb達(dá)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(guò)的b30%45%，而加工硬化后達(dá)85%95%。加工硬化層的深度可達(dá)切削深度的1/3或更大；硬化層的硬度比原來(lái)的提高1.42.2倍。因?yàn)椴讳P鋼的塑性大，塑性變形時(shí)晶格歪

9、扭，強(qiáng)化系數(shù)很大；且?jiàn)W氏體不夠穩(wěn)定，在切削應(yīng)力的作用下，部分奧氏體會(huì)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(shí)產(chǎn)生硬化層。前一次進(jìn)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(jìn)行。 2. 切削力大：不銹鋼在切削過(guò)程中塑性變形大，尤其是奧氏體不銹鋼(其伸長(zhǎng)率超過(guò)45號(hào)鋼的1.5倍以上)，使切削力增加。同時(shí)，不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，熱強(qiáng)度高，進(jìn)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(hào)鋼高25%。 3. 切削溫度高：切

10、削時(shí)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(hào)鋼的½¼，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(hào)鋼高200左右。 4. 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(shí)切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進(jìn)行，切屑還會(huì)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(qiáng)，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會(huì)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(diǎn)更為明顯。 5. 刀具易磨損：切削不

11、銹鋼過(guò)程中的親和作用，使刀屑間產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散，從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損，致使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃還會(huì)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(shí)直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會(huì)使刀具磨損加劇。 6. 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(shí)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(diǎn)，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(diǎn)。目前

12、常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。 1. 高速鋼的選擇：高速鋼主要用來(lái)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(shí)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(shí)由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC5152，耐磨性比W18Cr4V

13、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?yàn)楹C量增加，可在鋼中形成硬度很高的VC，細(xì)小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒長(zhǎng)大，提高鋼的耐磨性；W12Cr4V4Mo的紅硬性很好，600時(shí)硬度可達(dá)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(qiáng)度(sb=3140 MPa)及沖擊韌性(ak=2.5 J/cm3)略低于W18Cr4V，使用時(shí)要稍加注意。 隨著刀具制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于批量大的工件，采用硬質(zhì)合金多刃、復(fù)雜刀具進(jìn)行切削加工效果會(huì)更好。 2. 硬質(zhì)合金的

14、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(dòng)的粗車和斷續(xù)切削時(shí)，YG類合金的這一優(yōu)點(diǎn)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(kuò)孔鉆及鉸刀等制造中應(yīng)用更為廣泛。 較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號(hào)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(hào)硬質(zhì)合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM0

15、52、YM10、YS2T、YD15等，切削不銹鋼可獲得較好的效果。而用813牌號(hào)硬質(zhì)合金刀具切削奧氏體不銹鋼效果很好，因?yàn)?13合金既具有較高的硬度(HRA91)、強(qiáng)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(shí)怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？1. 前角g0：不銹鋼的硬度、強(qiáng)度并不高，但其塑性、韌性都較好，熱強(qiáng)性高，切削時(shí)切屑不易被切離。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(shí)使硬化層深度減小。 車削各種不銹鋼的前角大致為1

16、2°30°。對(duì)馬氏體不銹鋼(如2Cr13)，前角可取較大值；對(duì)奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼，前角應(yīng)取較小值；對(duì)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(jī)用)或g0=20°(手用)。 2. 后角a0：加大后角能減小后刀面與加工表面的摩擦，但會(huì)使切削刃的強(qiáng)度和散熱能力降低。后角的合理值取決

17、于切削厚度，切削厚度小時(shí)，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3. 主偏角kr、副偏角kr，和re：減小主偏角可增加刀刃工作長(zhǎng)度，有利于散熱，但在切削過(guò)程中使徑向力加大，容易產(chǎn)生振動(dòng)，常取kr=

18、45°75°，若機(jī)床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取kr=8°15°。為了加強(qiáng)刀尖，一般應(yīng)磨出e=0.51.0 mm的刀尖圓弧。 4. 刃傾角ls：為了增加刀尖強(qiáng)度，刃傾角一般取ls=-8°-3°，斷續(xù)切削時(shí)取較大值ls=-15°-5°。 生產(chǎn)實(shí)踐中，為了加大切屑變形，提高刀尖強(qiáng)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(zhǎng)度lls2。a

19、p/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(shí)，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。 圖2 切削不銹鋼的斷(卷)屑槽7 切削不銹鋼時(shí)怎樣選擇刀具斷(卷)屑槽和刃口形式？切削不銹鋼時(shí)還應(yīng)選擇合適的刀具斷(卷

20、)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(shí)ap(后角)、f(進(jìn)刀量)大，斷(卷)屑槽宜寬而淺；精車時(shí)ap、f小，應(yīng)窄而深些。斷(卷)屑槽的形式見(jiàn)圖2。 切削加工過(guò)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(guò)寬過(guò)淺，可加大進(jìn)給量，使切屑折斷；如果切屑擠軋?jiān)诓蹆?nèi)，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(shí)可減小進(jìn)給量。同時(shí)還要注意控制斷(卷)屑槽的位置。斷(卷)屑槽的尺寸見(jiàn)表1、表2和表3。表

21、1 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2 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2Cr1

22、3、3Cr13等馬氏體不銹鋼寬度Bn (mm)前角g0 (°)寬度Bn (mm)前角g0 (°)201.62.0391.6302.02.5392.0302.53.0372.53020402.02.5392.0302.53.0372.5303.03.5362.82840604.04.0303.2244.54.5303.5235.05.0304.02460804.54.5303.5235.05.0304.0246.06.0305.024.5805.04.0243.520.56.05.024.54.52276.025.55.021表3

23、60;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(shí)怎樣選擇切削用量？切削用量對(duì)加工不銹鋼時(shí)的加工硬化、切削力、切削熱等有很大影響，特別是對(duì)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4 車螺紋和鉆、擴(kuò)、鉸孔時(shí)的切削用量工序名稱切削速度Vc(

24、m/min)進(jìn)給量f(mm/r)切削深度ap(mm)車螺紋2050-0.11鉆孔12200.10.2517.5擴(kuò)孔8180.10.40.11鉸孔2.550.10.20.10.2注：刀具材料為高速鋼1. 切削速度Vc：加工不銹鋼時(shí)切削速度稍微提高一點(diǎn)，切削溫度就會(huì)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(shí)，由于刀具剛性、散熱條件、冷卻潤(rùn)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1Cr18Ni9T

25、i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。 2. 切削深度ap：粗加工時(shí)余量較大，應(yīng)選用較大的切深，可減少走刀次數(shù)，同時(shí)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(guò)大而引起振動(dòng)，可選ap=25 mm。精加工時(shí)可選較小的切削深度，還要避開(kāi)硬化層，一般采用ap=0.20.5 mm。 

26、;3. 進(jìn)給量f：進(jìn)給量的增大不僅受到機(jī)床動(dòng)力的限制，而且切削殘留高度和積屑瘤高度都隨進(jìn)給量的增加而加大，因此進(jìn)給量不能過(guò)大。為提高加工表面質(zhì)量，精加工時(shí)應(yīng)采用較小的進(jìn)給量。同時(shí)，應(yīng)注意f不得小于0.1 mm/r，避免微量進(jìn)給，以免在加工硬化區(qū)進(jìn)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(jiàn)表4和表5。表5 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(jìn)給量f(mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n(m/min)進(jìn)給量f(mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n(m/min)進(jìn)給量f(mm/r)主軸轉(zhuǎn)速n(m/min)進(jìn)給量f(mm/r)1012009550.190.6012009550.100.20