东莞市清溪得钻专用机械设备加工厂

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分析不锈钢为什么切削加工困难

发布日期：2020-11-18
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1.与优质碳素结构钢相比，不锈钢材料加入了Cr、Ni、N、Nb、Mo等合金元素。这些合金元素的增加，不仅提高了钢的耐蚀性，对不锈钢的机械性能也有一定影响。如马氏体不锈钢4Cr13与45号中碳钢相比，具有相同的含碳量，但相对切削加工性只有45钢的58%；奥氏体不锈1Cr18Ni9Ti只有40%，而奥氏体—铁素体双相不锈钢韧性高、切削性更差。
2.不锈钢材料切削难点分析
在实际加工中，切削不锈钢往往伴随着断刀、粘刀现象的发生。由于不锈钢在切削时塑性变形大，产生的切屑不易折断、易粘结，导致在切削过程中加工硬化严重，每一次走刀都对下一次切削产生硬化层，经过层层积累，不锈钢在切削过程中的硬度越来越大，需要的切削力也随之升高。
加工硬化层的产生、切削力的增高必然导致刀具与工件之间的摩擦增大，切削温度也随之升高。并且，不锈钢的导热系数较小，散热条件差，大量切削热集中刀具与工件之间，使已加工表面恶化，严重影响了已加工表面的质量。而且，切削温度的升高会加剧刀具磨损，使刀具前刀面产生月牙洼，切削刃产生缺口，从而影响工件表面质量，降低了工作效率，增加了生产成本。
3.提高不锈钢加工质量的方法
由上可以看出，不锈钢的加工比较困难，切削时易产生硬化层，容易断刀；产生的切屑不易折断，导致粘刀，会加剧刀具的磨损。针对不锈钢这些切削特点，结合生产实际，我们从刀具材料、切削参数及冷却方式三方面入手，找到提高不锈钢加工质量的方法。
3.1 刀具材料的选择
选择合适的刀具是加工出高质量零件的基础。刀具太差，加工不出合格的零件；选择过好的刀具，虽然能满足零件的表面质量要求，但容易造成浪费，提高了生产成本。结合不锈钢切削时散热条件差、产生加工硬化层、易粘刀等特点，选择的刀具材料应满足耐热性好、耐磨性高、与不锈钢亲和作用小的特点。
3.1.1 高速钢
高速钢是加入W、Mo、Cr、V、Go等合金元素的高合金工具钢，具有较好的工艺性能，强度和韧性配合好，抗冲击振动的能力较强。在高速切削产生高热情况下（约500℃）仍能保持高的硬度（HRC仍在60以上），高速钢红硬性好，适合制作铣刀、车刀等铣削刀具，可以满足不锈钢切削时产生的硬化层及散热性差等切削环境。
W18Cr4V是最典型的高速钢刀具，自1906年诞生以来，已经被广泛制作成各种刀具以满足切削加工的需要。但随着各种被加工材料机械性能的不断提高，W18Cr4V刀具已经不能满足难加工材料的加工要求。高性能的钴高速钢应时而生。与普通高速钢相比，钴高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性，适合高切除率加工和断续切削加工，常用牌号如W12Cr4V5Co5。
3.1.2 硬质合金钢
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴或镍、钼为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金具有强度和韧性较好，耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度高等一系列优良性能。在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，适合不锈钢、耐热钢等难加工材料的切削加工。常见硬质合金主要分为三类：YG类（钨钴类硬质合金）、YT类（钨钛钴类）、YW类（钨钛钽（铌）类），这三种合金的成分不同，用途也有很大差别。其中YG类硬质合金由于具有较好的韧性，导热性也较好，可以选择较大的前角，适合不锈钢的切削。
3.2 切削不锈钢刀具几何参数的选择
1）前角γo：结合不锈钢强度高、韧性好、切削时切屑不易被切离等特点，在保证刀具有足够强度的前提下，应选用较大的前角，这样既可以减小加工对象的塑性变形，也能够降低切削温度和切削力，同时减少硬化层的产生。
2）后角αo：增加后角将减小加工表面与后刀面的摩擦，但切削刃的散热能力和强度也随之降低。后角的大小取决于切削厚度，切削厚度大时，宜选较小后角。
3）主偏角kr、副偏角k′r、：主偏角kr的减小可增加刀刃工作长度，有利于散热，但在切削时会增加径向力，容易产生振动，常取kr值为50°～90°，若机床刚性不足，可适当加大。副偏角常取k′r=9°～15°。
4）刃倾角λs：为了增加刀尖强度，刃倾角一般取λs=7°～—3°。
3.3 切削液和冷去方式的选择
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）乳化液：比较常见的冷却方式，具有较好的冷却、清洗、润滑性能，常用于不锈钢粗车。
2）硫化油：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，一般用于钻孔、铰孔及攻丝。
3）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。
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。
5.结语
综上所述，虽然不锈钢的切削性差，具有加工硬化严重、切削力大、导热系数低、易粘刀、易磨损刀具等缺点，但只要找到合适的加工方法，采用合适的刀具、切削方式以及切削用量，选择合适的冷却液，在工作中勤于思考，不锈钢等难加工材料也就迎“刃”而解了。

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