新型陶瓷刀具在不銹鋼切削加工中的應(yīng)用研究

宋海峰

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，河南 鄭州 450013）

1 不銹鋼切削加工對(duì)刀具影響

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。按金相組織將不銹鋼分為：馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體+鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。

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，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。

鐵素體不銹鋼：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。

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，如果再產(chǎn)生加工硬化，硬化層給下一次切削帶來(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+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。

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，嚴(yán)重影響切削加工性。

不銹鋼在加工中，切削力、工件的加工硬化、刀具工件間的摩擦和切削刃粘結(jié)等現(xiàn)象；加上不銹鋼的導(dǎo)熱性較差，刀具工件間的摩擦產(chǎn)生的切削熱，大量不易散發(fā)，使切削區(qū)域溫度高；這些因素不同程度對(duì)刀具的使用壽命有很大的影響，同時(shí)也是對(duì)不銹鋼在高速數(shù)控加工是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 切削用量對(duì)刀具的影響分析

切削用量在機(jī)械加工中對(duì)刀具的使用壽命有著重要的影響，特別是在加工不銹鋼時(shí)的加工硬化、切削力、切削熱等有很大影響，這些因素直接影響著對(duì)刀具耐用度。

在不銹鋼加工時(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，一般選用較低切削速度，有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具剛性、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。切削深度和進(jìn)給量選用較大時(shí)，可減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，較大切深使切削力過(guò)大而引起振動(dòng)，影響工件表面精度。

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)。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。常用的高速鋼刀具牌號(hào)有W2Mo9Cr4Vo8、W6Mo5Cr4V2Al，W10Mo4Cr4V3Al。 常 用 的 硬質(zhì)合金刀具牌號(hào)：YA6、YH1、YG8N、YW3，813 刀片。

在不銹鋼的切削加工過(guò)程中，如何高效的進(jìn)行生產(chǎn)顯得尤為重要，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，高速鋼和硬質(zhì)合金刀具使用受到了很大的局限性，而新興陶瓷刀具由于具有很好的耐磨性、紅硬性。將對(duì)不銹鋼的加工產(chǎn)生飛躍的影響。

3 新型陶瓷刀具優(yōu)點(diǎn)

陶瓷刀具是現(xiàn)代金屬切削加工中的一種是用特種陶瓷粉末材料，通過(guò)控制了原料純度和顆粒尺寸細(xì)化，添加各種碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等，通過(guò)特殊生產(chǎn)工藝，使用現(xiàn)代化設(shè)備生產(chǎn)制造出來(lái)的。其特點(diǎn)為高硬度、高強(qiáng)度、高紅硬性、高耐磨性及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低摩擦系數(shù)等。刀具壽命比硬質(zhì)合金高幾倍、甚至幾十倍。普遍適用于機(jī)械加工中的車、銑、鏜、刨等機(jī)床的粗、半精及精加工，更加適合于各類CNC數(shù)控車，銑床及加工中心等現(xiàn)代化機(jī)床的使用。

4 新型陶瓷刀具在不銹鋼切削加工工藝

在不銹鋼切削加工中必須考慮陶瓷刀具本身具有的物化特性、切削性能以及與普通刀具的差異。才能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。

4.1 刀具幾何參數(shù)選擇

加工不銹鋼時(shí)，刀具切削部分的幾何形狀，一般應(yīng)從前角、后角方面的選擇來(lái)考慮。采用較大的前角。增大刀具的前角可減小切屑切離和清除過(guò)程中所遇到的阻力。對(duì)后角選擇不宜過(guò)小，后角過(guò)小容易和工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，使加工表面粗糙度惡化，加速刀具磨損。并且由于強(qiáng)烈摩擦，增強(qiáng)了不銹鋼表面加工硬化的效應(yīng)T刀具后角也不宜過(guò)大，后角過(guò)大，使刀具的楔角減小，降低了切削刃的強(qiáng)度，加速了刀具的磨損。通常，后角應(yīng)比加工普通碳鋼時(shí)適當(dāng)大些。一般車削馬氏體不銹鋼時(shí)，刀具前角 g0取10°～25°較為適宜。后角a0取5°～10°較合適。

刃傾角ls，負(fù)的刃傾角可保護(hù)刀尖，提高刀刃強(qiáng)度，一般選取 g0 為-10°～30°。

采用圓弧斷屑槽，靠刀尖處切屑卷曲半徑大，靠外緣處切屑卷曲半徑小，切屑翻向待加工表面而折斷，這樣可以改善排屑條件、延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

4.2 切削用量的選擇

合理選擇切削用量是充分發(fā)揮陶瓷刀具切削性能的重要因素之一，它直接影響加工生產(chǎn)率、加工成本、加工質(zhì)量和刀具耐用度。選擇切削用量時(shí)必須充分考慮陶瓷刀具硬度高、耐磨性好、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)以及脆性較大、強(qiáng)度較低等缺點(diǎn)。

陶瓷刀具適于高速切削，切削速度過(guò)低，不僅不利于發(fā)揮陶瓷刀具的優(yōu)越性，而且容易引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)，使刀具崩刃，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法切削。目前陶瓷刀具的切削速度已高達(dá)每分鐘數(shù)千米，一般推薦切削速度v=100～1200 m/min，往往可以獲得良好的切屑形狀。

切削深度是由工件尺寸與材料毛坯尺寸來(lái)決定的，一般為0～6 mm。通常選取大于1.5 mm；精加工時(shí)盡量小于0.5 mm。切削深度盡可能稍大些，以避開(kāi)毛坯的外表或前道工序留下的加工硬化層。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，應(yīng)取較小的切削深度，以免引起振動(dòng)使刀具破損。

進(jìn)給量對(duì)刀具使用壽命影響最小，但會(huì)影響斷屑和排屑，容易拉傷、擦傷工件表面，影響加工的表面質(zhì)量。通?？梢赃x用 0.1～0.5 mm/r。

總體說(shuō)來(lái)，用陶瓷刀具加工應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和盡可能高的切削速度，切削深度在系統(tǒng)剛性和加工工藝允許的前提下應(yīng)盡可能選擇較大值。

4.3 選用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤(rùn)滑方式

陶瓷刀具高速切削不銹鋼來(lái)說(shuō)，應(yīng)該具有高的冷卻性能、高的潤(rùn)滑性能和較好的滲透。高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。加工表面受摩擦影響較大，這就要求冷卻潤(rùn)滑液有較高的潤(rùn)滑性能和較好的滲透性。常用的加工不銹鋼冷卻潤(rùn)滑液有硫化油、硫化豆油、煤油加油酸或植物油、乳化液等。