不锈钢切削加工 -工程

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    不锈钢有哪些切削特点呢?

    不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多,

不锈钢切削加工

。以普通45号钢的切削加工性作为100%,奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为40%;铁素体不锈钢1Cr28为48%;马氏体不锈钢2Cr13为55%。其中,以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的切削加工性最差。不锈钢在切削过程中有如下几方面特点:

    1. 加工硬化严重:在不锈钢中,以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。如奥氏体不锈钢硬化后的强度sb达1470~1960MPa,而且随sb的提高,屈服极限ss升高;退火状态的奥氏体不锈钢ss不超过的σb30%~45%,而加工硬化后达85%~95%。加工硬化层的深度可达切削深度的1/3或更大;硬化层的硬度比原来的提高1.4~2.2倍。因为不锈钢的塑性大,塑性变形时品格歪扭,强化系数很大;且奥氏体不够稳定,在切削应力的作用下,部分奥氏体会转变为马氏体;再加上化合物杂质在切削热的作用下,易于分解呈弥散分布,使切削加工时产生硬化层。前一次进给或前一道工序所产生的加工硬化现象严重影响后续工序的顺利进行。

    2. 切削力大:不锈钢在切削过程中塑性变形大,尤其是奥氏体不锈钢(其伸长率超过45号钢的1.5倍以上),使切削力增加。同时,不锈钢的加工硬化严重,热强度高,进一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折断也比较困难。因此加工不锈钢的切削力大,如车削1Cr18Ni9Ti的单位切削力为2450MPa,比45号钢高25%。

    3. 切削温度高:切削时塑性变形及与刀具间的摩擦都很大,产生的切削热多;加上不锈钢的导热系数约为45号钢的?~?,大量切削热都集中在切削区和刀—屑接触的界面上,散热条件差。在相同的条件下,1Cr18Ni9Ti的切削温度比45号钢高200℃左右。

    4. 切屑不易折断、易粘结:不锈钢的塑性、韧性都很大,车加工时切屑连绵不断,不仅影响操作的顺利进行,切屑还会挤伤已加工表面。在高温、高压下,不锈钢与其他金属的亲和性强,易产生粘附现象,并形成积屑瘤,既加剧刀具磨损,又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。含碳量较低的马氏体不锈钢的这一特点更为明显。

    5. 刀具易磨损:切削不锈钢过程中的亲和作用,使刀—屑间产生粘结、扩散,从而使刀具产生粘结磨损、扩散磨损,致使刀具前刀面产生月牙洼,切削刃还会形成微小的剥落和缺口;加上不锈钢中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削时直接与刀具接触、摩擦,擦伤刀具,还有加工硬化现象,均会使刀具磨损加剧。

    线膨胀系数大:不锈钢的线膨胀系数约为碳素钢的1.5倍,在切削温度作用下,工件容易产生热变形,尺寸精度较难控制。

    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。

    1.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

    不锈钢有哪些切削特点呢?

    不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通45号钢的切削加工性作为100%,奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为40%;铁素体不锈钢1Cr28为48%;马氏体不锈钢2Cr13为55%。其中,以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的切削加工性最差。不锈钢在切削过程中有如下几方面特点:

    1. 加工硬化严重:在不锈钢中,以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。如奥氏体不锈钢硬化后的强度sb达1470~1960MPa,而且随sb的提高,屈服极限ss升高;退火状态的奥氏体不锈钢ss不超过的σb30%~45%,而加工硬化后达85%~95%。加工硬化层的深度可达切削深度的1/3或更大;硬化层的硬度比原来的提高1.4~2.2倍。因为不锈钢的塑性大,塑性变形时品格歪扭,强化系数很大;且奥氏体不够稳定,在切削应力的作用下,部分奥氏体会转变为马氏体;再加上化合物杂质在切削热的作用下,易于分解呈弥散分布,使切削加工时产生硬化层。前一次进给或前一道工序所产生的加工硬化现象严重影响后续工序的顺利进行。

    2. 切削力大:不锈钢在切削过程中塑性变形大,尤其是奥氏体不锈钢(其伸长率超过45号钢的1.5倍以上),使切削力增加。同时,不锈钢的加工硬化严重,热强度高,进一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折断也比较困难。因此加工不锈钢的切削力大,如车削1Cr18Ni9Ti的单位切削力为2450MPa,比45号钢高25%。

    3. 切削温度高:切削时塑性变形及与刀具间的摩擦都很大,产生的切削热多;加上不锈钢的导热系数约为45号钢的?~?,大量切削热都集中在切削区和刀—屑接触的界面上,散热条件差。在相同的条件下,1Cr18Ni9Ti的切削温度比45号钢高200℃左右。

    4. 切屑不易折断、易粘结:不锈钢的塑性、韧性都很大,车加工时切屑连绵不断,不仅影响操作的顺利进行,切屑还会挤伤已加工表面。在高温、高压下,不锈钢与其他金属的亲和性强,易产生粘附现象,并形成积屑瘤,既加剧刀具磨损,又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。含碳量较低的马氏体不锈钢的这一特点更为明显。

    5. 刀具易磨损:切削不锈钢过程中的亲和作用,使刀—屑间产生粘结、扩散,从而使刀具产生粘结磨损、扩散磨损,致使刀具前刀面产生月牙洼,切削刃还会形成微小的剥落和缺口;加上不锈钢中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削时直接与刀具接触、摩擦,擦伤刀具,还有加工硬化现象,均会使刀具磨损加剧。

    线膨胀系数大:不锈钢的线膨胀系数约为碳素钢的1.5倍,在切削温度作用下,工件容易产生热变形,尺寸精度较难控制。

    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。

    1.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(sb=3140 MPa)及冲击韧性(ak=2.5 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。

    2.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,

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不锈钢切削加工》(https://www.unjs.com)。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(sb=1570MPa),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。

    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gn=10°~20°,硬质合金铣刀取gn=5°~10°;铰刀一般取g0=8°~12°;丝锥一般取g0=15°~20°(机用)或g0=20°(手用)。

    2.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a0=10°~20°(精加工)或a0=6°~10°(粗加工);高速钢端铣刀取a0=10°~20°,立铣刀取a0=15°~20°;硬度合金端铣刀取a0=5°~10°,立铣刀取a0=12°~16°;铰刀和丝锥取a0=8°~12°。

    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kr=45°~75°,若机床刚性不足,可适当加大。副偏角常取k′r=8°~15°。为了加强刀尖,一般应磨出e=0.5~1.0 mm的刀尖圆弧。

    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g0=20°、a0=6°~8°、kr=90°或75°、倒棱前角g01=-10°、re=0.15~0.2 mm时,在Vc=80~100 m/min、f=0.2~0.3 mm/r、ap=4~15 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

    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。

    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。 怎样对不锈钢进行铣削加工?      铣削不锈钢的特点是:不锈钢的粘附性及熔着性强,切屑容易粘附在铣刀刀齿上,使切削条件恶化;逆铣时,刀齿先在已经硬化的表面上滑行,增加了加工硬化的趋势;铣削时冲击、振动较大,使铣刀刀齿易崩刃和磨损。 铣削不锈钢除端铣刀和部分立铣刀可用硬质合金作铣刀刀齿材料外,其余各类铣刀均采用高速钢,特别是钨—钼系和高钒高速钢具有良好的效果,其刀具耐用度可比W18Cr4V提高1~2倍。适宜制作不锈钢铣刀的硬质合金牌号有YG8、YW2、813、798、YS2T、YS30、YS25等。      铣削不锈钢时,切削刃既要锋利又要能承受冲击,容屑槽要大。可采用大螺旋角铣刀(圆柱铣刀、立铣刀),螺旋角b从20°增加到45°(gn=5°),刀具耐用度可提高2倍以上,因为此时铣刀的工作前角g0e由11°增加到27°以上,铣削轻快。但b值不宜再大,特别是立铣刀以b≤35°为宜,以免削弱刀齿。      采用波形刃立铣刀加工不锈钢管材或薄壁件,切削轻快,振动小,切屑易碎,工件不变形。用硬质合金立铣刀高速铣削、可转位端铣刀铣削不锈钢都能取得良好的效果。      用银白屑(SWC)端铣刀铣削1Cr18Ni9Ti,其几何参数为gf=5°、gp=15°、af=15°、ap=5°、kr=55°、k′r=35°、g01=-30°、bg=0.4mm、re=6mm,当Vc=50~90 m/min、Vf=630~750mm/min、a′p=2~6mm并且每齿进给量达0.4~0.8mm时,铣削力减小10%~15%,铣削功率下降44%,效率也大大提高。其原理是在主切削刃上磨出负倒棱,铣削时人为地产生积屑瘤,使其代替切削刃进行切削,积屑瘤的前角gb可达20~~302,由于主偏角的作用,积屑瘤受到一个前刀面上产生的平行于切削刃的推力作用而成为副屑流出,从而带走了切削热,降低了切削温度。      铣削不锈钢时,应尽可能采用顺铣法加工。不对称顺铣法能保证切削刃平稳地从金属中切离,切屑粘结接触面积较小,在高速离心力的作用下易被甩掉,以免刀齿重新切入工件时,切屑冲击前刀面产生剥落和崩刃现象,提高刀具的耐用度。      采用喷雾冷却法效果最为显著,可提高铣刀耐用度一倍以上;如用一般10%乳化液冷却,应保证切削液流量达到充分冷却。硬质合金铣刀铣削不锈钢时,取Vc=70~150 m/min,Vf=37.5~150 mm/min,同时应根据合金牌号及工件材料的不同作适当调整。高速钢铣刀的切削用量见表6。