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不銹鋼車削件有著良好的耐腐蝕等特點(diǎn)

  不銹鋼車削件的耐腐蝕性能很好的繼承了不銹鋼，不管是耐熱性能還是綜合性能都很出色，下面做一個(gè)詳細(xì)的總結(jié);

  不銹鋼具有良好的耐蝕性能、耐熱性能和低溫強(qiáng)度及綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于食品設(shè)備、化工設(shè)備和原子能工業(yè)設(shè)備等方面。此類奧氏體不銹鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能，在許多氧化性酸(如HNO3)中都具有優(yōu)良的耐蝕性能，在堿溶液、大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸中以及大氣、水和蒸汽中也具有較強(qiáng)的耐蝕性能。AISI 304奧氏體不銹鋼的相對(duì)可切削性Kr約為0.4，是典型的難切削加工材料。

  1 AISI 304不銹鋼車削加工的特點(diǎn)

  AISI 304奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。AISI304奧氏體不銹鋼的切削加工性能較差，主要表現(xiàn)在切削力大、加工硬化嚴(yán)重、切削區(qū)局部溫度高和刀具易產(chǎn)生粘附磨損等方面。

  表1 AISI 304不銹鋼的化學(xué)成分(wt%)

  (1)切削力大

  AISI 304奧氏體不銹鋼的硬度不高(硬度≤187HBS)，由于其含大量的Cr、Ni、Mn等元素，塑性較好(斷后伸長(zhǎng)率δ5≥40%，斷面收縮率ψ≥60%)。切削加工時(shí)塑性變形大，尤其在較高溫度時(shí)仍可保持較高的強(qiáng)度(普通鋼在切削溫度升高時(shí)強(qiáng)度下降明顯)，導(dǎo)致AISI304奧氏體不銹鋼的切削力較大。常規(guī)切削條件下，AISI 304不銹鋼的單位切削力達(dá)2450MPa，比45鋼高25%以上。

  (2)加工硬化嚴(yán)重

  AISI 304不銹鋼在切削加工時(shí)伴有較為明顯的塑性變形，材料晶格會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的歪扭;同時(shí)，由于奧氏體組織在穩(wěn)定性方面的缺陷，一小部分奧氏體在此過(guò)程中變成了馬氏體;此外，奧氏體中存在的雜質(zhì)化合物會(huì)隨著切削過(guò)程的進(jìn)行因受熱而分解，彌散分布的雜質(zhì)在表面產(chǎn)生了硬化層，使加工硬化現(xiàn)象十分明顯，硬化后的強(qiáng)度σb達(dá)1500MPa以上，硬化層深度0.1-0.3mm。

  (3)切削區(qū)局部溫度高

  由于AISI304不銹鋼所需切削力大，且切屑不易切離，使得分離切屑所消耗的功也較大。常規(guī)條件下切削AISI 304不銹鋼比低碳鋼高約50%，產(chǎn)生的切削熱多。奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱性差，AISI304不銹鋼的熱導(dǎo)率為16.3-21.5W/m·K，僅為45鋼熱導(dǎo)率的三分之一，因而使得切削區(qū)域的溫度較高(通常切削加工時(shí)切屑所帶走的熱量應(yīng)占切削熱量的70%以上)，大量切削熱集中在切削區(qū)和“刀—屑”接觸面上，傳入刀具中的熱量達(dá)20%(切削一般碳素鋼時(shí)該數(shù)值僅為9%)，使得在同等切削條件下，AISI304不銹鋼切削溫度比45鋼高約200-300℃。

  (4)刀具易產(chǎn)生粘附磨損

  由于奧氏體不銹鋼的高溫強(qiáng)度高，加工硬化傾向大，因此，切削負(fù)荷重，奧氏體不銹鋼與刀具和切屑之間會(huì)因?yàn)榍邢鬟^(guò)程中其與刀具之間的親合趨勢(shì)顯著增強(qiáng)，從而不可避免地產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散等現(xiàn)象，并生成“切屑瘤”，造成刀具粘附磨損。特別是少部分碳化物所形成的硬質(zhì)夾雜物，加速了刀具磨損，甚至造成崩刃，大大降低了刀具的使用壽命，也影響了加工零件的表面質(zhì)量。

  2 選擇合理的車削加工工藝

  由于AISI304奧氏體不銹鋼的切削加工性較差，因此必須選擇合理的車削加工工藝，包括合理選擇車刀材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量及冷卻液等，才能獲得較高的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

  (1)刀具材料

  正確選擇刀具材料對(duì)于保證高效切削加工奧氏體不銹鋼具有重要意義。根據(jù)AISI 304不銹鋼難以車削加工的特點(diǎn)，分析可知：選用的刀具應(yīng)該具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)還要具有較好的耐磨與耐熱性能，并確保與不銹鋼的親和作用較小。目前最為常用的切削刀具材料仍首選硬質(zhì)合金和高速鋼。

  ①硬質(zhì)合金

  難加工材料由于切削力較大，切屑與前刀面接觸短，使得切削力主要集中在刃口附近，容易發(fā)生崩刃現(xiàn)象，因此可選用YG類的硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工。YG類硬質(zhì)合金韌性較好，耐磨性和紅硬性較高，導(dǎo)熱性能也很好，適合加工奧氏體不銹鋼，如YG3X、YG8、YW1、YW2A、YW3等，其硬度較高，達(dá)到74-82HRC，耐磨性和耐熱性也較高，達(dá)850-1000℃;還可選用YG8N刀具，由于加入了Nb，使得切削性能比YG8提高了1-2倍，應(yīng)用在粗加工及半精加工時(shí)效果良好。

  可根據(jù)實(shí)際情況選用如813、758、YM051和YM052等多種新型優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金。以813為典型，此類新型合金在奧氏體不銹鋼切削時(shí)具有良好的性能，其本質(zhì)原因是此類合金有較高的硬度(≥91HRA)和強(qiáng)度(σb=1570MPa)，并在韌性、耐熱性和抗粘連性等方面有良好的表現(xiàn)，同時(shí)組織致密，具有較好的耐磨性。車削AISI 304不銹鋼時(shí)，使用813硬質(zhì)合金刀具效果極佳，壽命比一般硬質(zhì)合金提高了2-3倍。

  ②高速鋼

  高速鋼刀具可以有效避免車削不銹鋼工件因?yàn)槌叽�、形狀結(jié)構(gòu)等方面的原因引起的硬質(zhì)刀具較易損壞的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的高速鋼刀具(如W18Cr4V)在耐用性等方面已經(jīng)不能適應(yīng)目前加工的要求，但可使用含鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al)和含氮高速鋼(如W12Mo3Cr4V3N)等切削性能優(yōu)越的新型高速鋼刀具。

  (2)刀具幾何參數(shù)

  合理確定所選刀具幾何參數(shù)是有效提升刀具耐用度與AISI 304不銹鋼材料加工效果的重要因素，一般要求刀具要有較大的前、后角及鋒利的切削刃口。

  ①前角

  在充分考慮刀具強(qiáng)度的前提下，要盡可能地選用較大的前角γ0，能降低切削力及切削溫度，同時(shí)能有效降低硬化層的深度。在車削奧氏體不銹鋼加工時(shí)，前角值一般為γ0=12°-20°。

  ②后角

  在保證刀具強(qiáng)度的前提下，盡可能選擇較大的后角α0，并能有效減小后刀面與加工表面之間的摩擦，同時(shí)切削刀具的強(qiáng)度以及散熱能力也有一定的降低。后角值的選取與切削厚度緊密相關(guān)，在切削厚度較小時(shí)，一般選擇較大的后角。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，一般精加工時(shí)，后角α0=10°-20°;粗加工時(shí)可以選擇后角α0=6°-10°。此外，在主刀刃上制作負(fù)倒棱等措施對(duì)于強(qiáng)化刀刃具有較為明顯的作用，可將切削加工時(shí)所產(chǎn)生的熱量分散到刀具的前刀面和后刀面，降低刀刃部分的磨損，從而提高刀具的耐用度。

  ③主偏角、副偏角和刀尖圓弧

  一般取主偏角κr=45°-75°，副偏角κr′=8°-15°。同時(shí)為了有效增加刀尖強(qiáng)度，可采用磨出刀尖圓弧rc的方案，選擇半徑rc=0.2-0.8mm。在粗車、進(jìn)給量大時(shí)一般選擇較大的刀尖圓弧半徑。

  ④刃傾角

  在奧氏體不銹鋼材料的切削加工中，為了提升刀尖強(qiáng)度，通常取刃傾角為負(fù)值。一般取刃傾角λs為-8°-3°，在斷續(xù)切削時(shí)可取λs為-15°-5°。

  ⑤卷屑槽

  奧氏體不銹鋼材料具有良好的韌性及塑性，加工時(shí)不易斷屑，通過(guò)優(yōu)化前刀面的斷屑槽參數(shù)和切削用量，采用強(qiáng)迫變形的方法以利于斷屑。在合理選擇切削用量的條件下，可以采用雙刃傾角同時(shí)結(jié)合外斜式卷屑槽的方法，即刃磨出雙刃傾角，使得切屑截面呈棱面形，然后在前刀面上刃磨出外斜式的圓弧卷屑槽，靠近刀尖處的切屑卷曲半徑大，而靠近外緣處的切屑卷曲半徑小，使車削加工時(shí)切屑沿著卷屑槽導(dǎo)流并卷曲成寶塔狀，形成短而緊的螺旋卷屑，同時(shí)切屑翻向待加工表面而折斷，斷屑情況理想。

  ⑥刀具表面粗糙度

  降低刀具的前刀面和后刀面以及刃口處的表面粗糙度可解決AISI 304不銹鋼車削加工時(shí)切屑與刀具之間粘附性強(qiáng)的問(wèn)題。最好在專用工具磨床上用金剛石砂輪仔細(xì)地刃磨，使得刀具表面粗糙度Ra≤0.4μm，可有效減少加工過(guò)程中切屑的粘連，同時(shí)也可降低加工過(guò)程中的切削阻力，提升刀具耐用性。如選用帶涂層刀具，其涂層材料主要采用物理沉積法，以獲得更光滑的刀具切削表面。

  (3)切削用量

  AISI 304不銹鋼屬于典型的難加工材料，需合理地選擇切削用量。切削用量對(duì)加工硬化、切削力、熱量以及加工效率等方面都有較大的影響。對(duì)切削溫度和刀具耐用度影響最大的是切削速度νc，其次是進(jìn)給量f，而背吃刀量ap的影響程度最低。

  ①切削速度

  車削AISI304不銹鋼時(shí)，為了保證合理的刀具耐用度，需適當(dāng)降低切削速度，可按車削普通碳素鋼的40%-60%選用切削速度，切削速度一般取νc=50-80m/min。

  ②背吃刀量

  粗加工時(shí)可選用較大的背吃刀量，以避免刀尖與表皮間的接觸，并減少走刀次數(shù)，以減少刀具磨損。粗加工時(shí)可選背吃刀量ap=2-5mm，不宜過(guò)大，否則會(huì)引起切削振動(dòng);精加工時(shí)則應(yīng)選用較小的背吃刀量，一般ap=0.2-0.5mm，也不宜過(guò)小，以避開(kāi)硬化層。

  ③進(jìn)給量

  進(jìn)給量對(duì)加工質(zhì)量影響較大，當(dāng)進(jìn)給量增大時(shí)，會(huì)加大切削殘留高度，大大影響工件的表面質(zhì)量，通�？蛇x用f=0.1-0.8mm。精加工時(shí)應(yīng)選用較小的進(jìn)給量，一般取f=0.15-0.40mm/min，取值不能過(guò)小，以避免在加工硬化層內(nèi)進(jìn)行切削。

  AISI 304奧氏體不銹鋼的常用切削用量見(jiàn)表2(刀具材料YG8)，當(dāng)直徑較小時(shí)宜選用較高的主軸轉(zhuǎn)速;反之亦然。

  (4)切削液

  由于AISI304不銹鋼切削加工性能較差，因此所選擇的切削液必須具有更好的冷卻性、潤(rùn)滑性和滲透性(即抗粘結(jié)性能)，應(yīng)盡可能選用含有S、Cl等極壓添加劑的乳化液、硫化油。

  乳化液具有良好的冷卻性能，主要用于不銹鋼的粗車加工;硫化油具有一定的冷卻性能和潤(rùn)滑性能，且成本較低，可用于不銹鋼的半精加工或精加工;如在切削液中加入極壓或者油性添加劑則可顯著增強(qiáng)其潤(rùn)滑性能，一般多用于不銹鋼的精車加工。四氯化碳、煤油和油酸混合液制成的切削液極大地提高了冷卻潤(rùn)滑液的滲透性，特別適用于AISI 304奧氏體不銹鋼材料的精車加工。由于奧氏體不銹鋼的切削熱量大，應(yīng)盡可能采用噴霧冷卻、高壓冷卻等方法，提高冷卻效果。

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