不銹鋼車削件有著良好的耐腐蝕等特點

不銹鋼車削件有著良好的耐腐蝕等特點

  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，下面做一個詳細的總結;

  不銹鋼具有良好的耐蝕性能、耐熱性能和低溫強度及綜合機械性能，廣泛應用于食品設備、化工設備和原子能工業設備等方面。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)中都具有優良的耐蝕性能，在堿溶液、大部分有機酸和無機酸中以及大氣、水和蒸汽中也具有較強的耐蝕性能。AISI 304奧氏體不銹鋼的相對可切削性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

  AISI 304奧氏體不銹鋼的化學成分見表1。AISI304奧氏體不銹鋼的切削加工性能較差，主要表現在切削力大、加工硬化嚴重、切削區局部溫度高和刀具易產生粘附磨損等方面。

  表1 AISI 304不銹鋼的化學成分(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(斷后伸長率δ5≥40%，斷面收縮率ψ≥60%)。切削加工時塑性變形大，尤其在較高溫度時仍可保持較高的強度(普通鋼在切削溫度升高時強度下降明顯)，導致AISI304奧氏體不銹鋼的切削力較大。常規切削條件下，AISI 304不銹鋼的單位切削力達2450MPa，比45鋼高25%以上。

  (2)加工硬化嚴重

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

  (3)切削區局部溫度高

  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。常規條件下切削AISI 304不銹鋼比低碳鋼高約50%，產生的切削熱多。奧氏體不銹鋼的導熱性差，AISI304不銹鋼的熱導率為16.3-21.5W/m·K，僅為45鋼熱導率的三分之一，因而使得切削區域的溫度較高(通常切削加工時切屑所帶走的熱量應占切削熱量的70%以上)，大量切削熱集中在切削區和“刀—屑”接觸面上，傳入刀具中的熱量達20%(切削一般碳素鋼時該數值僅為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)刀具易產生粘附磨損

  由于奧氏體不銹鋼的高溫強度高，加工硬化傾向大，因此，切削負荷重，奧氏體不銹鋼與刀具和切屑之間會因為切削過程中其與刀具之間的親合趨勢顯著增強，從而不可避免地產生粘結、擴散等現象，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、切削用量及冷卻液等，才能獲得較高的生產效率和加工質量。

  (1)刀具材料

  正確選擇刀具材料對于保證高效切削加工奧氏體不銹鋼具有重要意義。根據AISI 304不銹鋼難以車削加工的特點，分析可知：選用的刀具應該具有強度高、韌性強的特點，同時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合金和高速鋼。

  ①硬質合金

  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，容易發生崩刃現象，因此可選用YG類的硬質合金刀具進行加工。YG類硬質合金韌性較好，耐磨性和紅硬性較高，導熱性能也很好，適合加工奧氏體不銹鋼，如YG3X、YG8、YW1、YW2A、YW3等，其硬度較高，達到74-82HRC，耐磨性和耐熱性也較高，達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，應用在粗加工及半精加工時效果良好。

  可根據實際情況選用如813、758、YM051和YM052等多種新型優質的硬質合金。以813為典型，此類新型合金在奧氏體不銹鋼切削時具有良好的性能，其本質原因是此類合金有較高的硬度(≥91HRA)和強度(σb=1570MPa)，并在韌性、耐熱性和抗粘連性等方面有良好的表現，同時組織致密，具有較好的耐磨性。車削AISI 304不銹鋼時，使用813硬質合金刀具效果極佳，壽命比一般硬質合金提高了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為尺寸、形狀結構等方面的原因引起的硬質刀具較易損壞的現象。傳統的高速鋼刀具(如W18Cr4V)在耐用性等方面已經不能適應目前加工的要求，但可使用含鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al)和含氮高速鋼(如W12Mo3Cr4V3N)等切削性能優越的新型高速鋼刀具。

  (2)刀具幾何參數

  合理確定所選刀具幾何參數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，同時能有效降低硬化層的深度。在車削奧氏體不銹鋼加工時，前角值一般為γ0=12°-20°。

  ②后角

  在保證刀具強度的前提下，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，同時切削刀具的強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，在切削厚度較小時，一般選擇較大的后角。實際經驗表明，一般精加工時，后角α0=10°-20°;粗加工時可以選擇后角α0=6°-10°。此外，在主刀刃上制作負倒棱等措施對于強化刀刃具有較為明顯的作用，可將切削加工時所產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°。同時為了有效增加刀尖強度，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、進給量大時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，為了提升刀尖強度，通常取刃傾角為負值。一般取刃傾角λs為-8°-3°，在斷續切削時可取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，加工時不易斷屑，通過優化前刀面的斷屑槽參數和切削用量，采用強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結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，使車削加工時切屑沿著卷屑槽導流并卷曲成寶塔狀，形成短而緊的螺旋卷屑，同時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不銹鋼車削加工時切屑與刀具之間粘附性強的問題。最好在專用工具磨床上用金剛石砂輪仔細地刃磨，使得刀具表面粗糙度Ra≤0.4μm，可有效減少加工過程中切屑的粘連，同時也可降低加工過程中的切削阻力，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，為了保證合理的刀具耐用度，需適當降低切削速度，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，以減少刀具磨損。粗加工時可選背吃刀量ap=2-5mm，不宜過大，否則會引起切削振動;精加工時則應選用較小的背吃刀量，一般ap=0.2-0.5mm，也不宜過小，以避開硬化層。

  ③進給量

  進給量對加工質量影響較大，當進給量增大時，會加大切削殘留高度，大大影響工件的表面質量，通?？蛇x用f=0.1-0.8mm。精加工時應選用較小的進給量，一般取f=0.15-0.40mm/min，取值不能過小，以避免在加工硬化層內進行切削。

  AISI 304奧氏體不銹鋼的常用切削用量見表2(刀具材料YG8)，當直徑較小時宜選用較高的主軸轉速;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、潤滑性和滲透性(即抗粘結性能)，應盡可能選用含有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其潤滑性能，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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