不锈钢的切削.doc

不锈钢的切削 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高效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sb3140 MPa及冲击韧性ak2.5 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sb1570MPa，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gn10～20，硬质合金铣刀取gn5～10；铰刀一般取g08～12；丝锥一般取g015～20机用或g020手用。 1. 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a010～20精加工或a06～10粗加工；高速钢端铣刀取a010～20，立铣刀取a015～20；硬度合金端铣刀取a05～10，立铣刀取a012～16；铰刀和丝锥取a08～12。 图1 双刃倾角断屑车刀 2. 主偏角kr、副偏角k′r，和re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kr45～75，若机床刚性不足，可适当加大。副偏角常取k′r8～15。为了加强刀尖，一般应磨出e0.5～1.0 mm的刀尖圆弧。 3. 刃倾角ls为了增加刀尖强度，刃倾角一般取ls-8～-3，断续切削时取较大值ls-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。第一刃倾角ls1≥0，第二刃倾角在接近刀尖部位，ls2≈-20，第二刃倾角的刀刃长度lls2。≈ap/3。 当双刃倾角车刀的g020、a06～8、kr90或75、倒棱前角g01-10、re0.15～0.2 mm时，在Vc80～100 m/min、f0.2～0.3 mm/r、ap4～15 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Bn3～5 mm，槽深h0.5～1.3 mm，Rn2～8 mm。一般情况下，粗车时ap、f大，断卷屑槽宜宽而浅；精车时ap、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bg mm ≤20 1.5 2 42 精车0.05～0.10 粗车0.10～0.20 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 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Vc m/min 进给量f mm/r 切削深度ap 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 1. 切削速度Vc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。 不同种类的不锈钢的切削加工性各不相同，切削速度也需相应调整。一般1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢的切削速度校正系数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。 2. 切削深度ap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ap2～5 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ap0.2～0.5 mm。 3. 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。 加工不锈钢的切削用量见表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 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 ＞10～20 955～765 955～765 955～600 955～765 ＞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 1. 工件材料1Cr18Ni9Ti；刀具材料YG8。 2. 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。 3. 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 由于不锈钢的切削加工性较差，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 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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，或最好采用高压冷却、喷雾冷却等冷却方式。