不鏽鋼切削加工

tags: 不鏽鋼    時間:2014-03-07 13:32:17
不鏽鋼切削加工簡介
不鏽鋼有哪些切削特點呢?      不鏽鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%,奧氏體不鏽鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削加工性為40%;鐵素體不鏽鋼1C……
不鏽鋼切削加工正文

不鏽鋼有哪些切削特點呢?



不鏽鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%,奧氏體不鏽鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削加工性為40%;鐵素體不鏽鋼1Cr28為48%;馬氏體不鏽鋼2Cr13為55%。其中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不鏽鋼的切削加工性最差。不鏽鋼在切削過程中有如下幾方面特點:



1. 加工硬化嚴重:在不鏽鋼中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不鏽鋼的加工硬化現象最為突出。如奧氏體不鏽鋼硬化后的強度sb達1470~1960MPa,而且隨sb的提高,屈服極限ss升高;退火狀態的奧氏體不鏽鋼ss不超過的σb30%~45%,而加工硬化后達85%~95%。加工硬化層的深度可達切削深度的1/3或更大;硬化層的硬度比原來的提高1.4~2.2倍。因為不鏽鋼的塑性大,塑性變形時品格歪扭,強化係數很大;且奧氏體不夠穩定,在切削應力的作用下,部分奧氏體會轉變為馬氏體;再加上化合物雜質在切削熱的作用下,易於分解呈彌散分佈,使切削加工時產生硬化層。前一次進給或前一道工序所產生的加工硬化現象嚴重影響後續工序的順利進行。



2. 切削力大:不鏽鋼在切削過程中塑性變形大,尤其是奧氏體不鏽鋼(其伸長率超過45號鋼的1.5倍以上),使切削力增加。同時,不鏽鋼的加工硬化嚴重,熱強度高,進一步增大了切削抗力,切屑的捲曲折斷也比較困難。因此加工不鏽鋼的切削力大,如車削1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450MPa,比45號鋼高25%。



3. 切削溫度高:切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大,產生的切削熱多;加上不鏽鋼的導熱係數約為45號鋼的?~?,大量切削熱都集中在切削區和刀—屑接觸的界面上,散熱條件差。在相同的條件下,1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45號鋼高200℃左右。



4. 切屑不易折斷、易粘結:不鏽鋼的塑性、韌性都很大,車加工時切屑連綿不斷,不僅影響操作的順利進行,切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下,不鏽鋼與其他金屬的親和性強,易產生粘附現象,並形成積屑瘤,既加劇刀具磨損,又會出現撕扯現象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不鏽鋼的這一特點更為明顯。



5. 刀具易磨損:切削不鏽鋼過程中的親和作用,使刀—屑間產生粘結、擴散,從而使刀具產生粘結磨損、擴散磨損,致使刀具前刀面產生月牙窪,切削刃還會形成微小的剝落和缺口;加上不鏽鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削時直接與刀具接觸、摩擦,擦傷刀具,還有加工硬化現象,均會使刀具磨損加劇。



線膨脹係數大:不鏽鋼的線膨脹係數約為碳素鋼的1.5倍,在切削溫度作用下,工件容易產生熱變形,尺寸精度較難控制。

切削不鏽鋼時怎樣選擇刀具材料



合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不鏽鋼的重要條件。根據不鏽鋼的切削特點,要求刀具材料應具有耐熱性好、耐磨性高、與不鏽鋼的親和作用小等特點。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質合金。



1.高速鋼的選擇:高速鋼主要用來製造銑刀、鑽頭、絲錐、拉刀等複雜多刃刀具。普通高速鋼W18Cr4V使用時刀具耐用度很低已不符合需要,採用新型高速鋼刀具切削不鏽鋼可獲得較好的效果。



在相同的車削條件下,用W18Cr4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件,刀具刃磨一次加工的件數分別為2~3件和12件,用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由於提高了鋼的含碳量,從而增加了鋼中碳化物含量,常溫硬度提高2HRC紅硬性更好,600℃時由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC51~52,耐磨性比W18Cr4V提高2~3倍。



應用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo製作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度。因為含釩量增加,可在鋼中形成硬度很高的VC,細小的VC存在於晶介,可以阻止晶粒長大,提高鋼

 

的耐磨性;W12Cr4V4Mo的紅硬性很好,600℃時硬度可達HRC51.7,因此適合於製作切削不鏽鋼的各種複雜刀具。但其強度(sb=3140 MPa)及衝擊韌性(ak=2.5 J/cm3)略低於W18Cr4V,使用時要稍加註意。



隨著刀具製作技術的不斷發展,對於批量大的工件,採用硬質合金多刃、複雜刀具進行切削加工效果會更好。



2.硬質合金的選擇:YG類硬質合金的韌性較好,可採用較大的前角,刀刃也可以磨得鋒利些,使切削輕快,且切屑與刀具不易產生粘結,較適於加工不鏽鋼。特別是在振動的粗車和斷續切削時,YG類合金的這一優點更為重要。另外,YG類合金的導熱性較好,其導熱係數比高速鋼高將近兩倍,比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不鏽鋼切削中應用較多,特別是在粗車刀、切斷刀、擴孔鑽及鉸刀等製造中應用更為廣泛。



較長時期以來,一般都採用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號的硬質合金作為切削不鏽鋼的刀具材料,但均不能獲得較理想的效果;採用新牌號硬質合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等,切削不鏽鋼可獲得較好的效果。而用813牌號硬質合金刀具切削奧氏體不鏽鋼效果很好,因為813合金既具有較高的硬度(≥HRA91)、強度(sb=1570MPa),又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結性,其組織緻密耐磨性好。

切削不鏽鋼時怎樣選擇刀具幾何參數?



前角g0:不鏽鋼的硬度、強度並不高,但其塑性、韌性都較好,熱強性高,切削時切屑不易被切離。在保證刀具有足夠強度的前提下,應選用較大的前角,這樣不僅能夠減小被切削金屬的塑性變形,而且可以降低切削力和切削溫度,同時使硬化層深度減小。



車削各種不鏽鋼的前角大致為12°~30°。對馬氏體不鏽鋼(如2Cr13),前角可取較大值;對奧氏體和奧氏體+鐵素體不鏽鋼,前角應取較小值;對未經調質處理或調質后硬度較低的不鏽鋼,可取較大前角;直徑較小或薄壁工件,宜採用較大的前角。



高速鋼銑刀取gn=10°~20°,硬質合金銑刀取gn=5°~10°;鉸刀一般取g0=8°~12°;絲錐一般取g0=15°~20°(機用)或g0=20°(手用)。



2.后角a0:加大后角能減小后刀面與加工表面的摩擦,但會使切削刃的強度和散熱能力降低。后角的合理值取決於切削厚度,切削厚度小時,宜選較大后角。



不鏽鋼車刀或鏜刀通常取a0=10°~20°(精加工)或a0=6°~10°(粗加工);高速鋼端銑刀取a0=10°~20°,立銑刀取a0=15°~20°;硬度合金端銑刀取a0=5°~10°,立銑刀取a0=12°~16°;鉸刀和絲錐取a0=8°~12°。



主偏角kr、副偏角k′r,和re:減小主偏角可增加刀刃工作長度,有利於散熱,但在切削過程中使徑向力加大,容易產生振動,常取kr=45°~75°,若機床剛性不足,可適當加大。副偏角常取k′r=8°~15°。為了加強刀尖,一般應磨出e=0.5~1.0 mm的刀尖圓弧。



刃傾角ls:為了增加刀尖強度,刃傾角一般取ls=-8°~-3°,斷續切削時取較大值ls=-15°~-5°。



生產實踐中,為了加大切屑變形,提高刀尖強度與散熱能力,採用雙刃傾角車刀,取得了良好的斷屑效果,也加寬了斷屑範圍,如圖1所示。第一刃傾角ls1≥0°,第二刃傾角在接近刀尖部位,ls2≈-20°,第二刃傾角的刀刃長度lls2。≈ap/3。



當雙刃傾角車刀的g0=20°、a0=6°~8°、kr=90°或75°、倒棱前角g01=-10°、re=0.15~0.2 mm時,在Vc=80~100 m/min、f=0.2~0.3 mm/r、ap=4~15 mm的條件下切削,斷屑效果良好,刀具耐用度高。


 

 

 要求刀具前後刀面的表面粗糙度值小,刀具磨鈍標錐VB為加工一般材料的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
 
註:
1.工件材料:1Cr18Ni9Ti;刀具材料:YG8。
2.表中較小的直徑選用較高的主軸轉速,較大的直徑選用較低的轉速。
3. 當工件材料和刀具材料不同時,主軸轉速應根據具體情況作適當校正。
 

切削不鏽鋼時怎樣選擇切削液和冷卻方式?

 
      由於不鏽鋼的切削加工性較差,對切削液的冷卻、潤滑、滲透及清洗性能有更高的要求,常用的切削液有以下幾類:
 
      1. 硫化油:是以硫為極壓添加劑的切削油。切削過程中能在金屬表面形成高熔點硫化物,而且在高溫下不易破壞,具有良好的潤滑作用,並有一定的冷卻效果,適用於一般車削、鑽孔、鉸孔及攻絲。硫化豆油適用於鑽、擴、鉸孔等工序。
直接硫化油的配方是:礦物油98%,硫2%。
間接硫化油的配方是:礦物油78%~80%,植物油或豬油18%~20%,硫1.7%。
 
      2. 機油、錠子油等礦物油:其潤滑性能較好,但冷卻和滲透性較差,適用於外圓精車。
 
      3. 植物油:如菜油、豆油等,其潤滑性能較好,適用於車螺紋及鉸孔、攻絲等工序。
 
      4. 乳化液:具有較好的冷卻和清洗性能。也有一定的潤滑作用,可用於不鏽鋼粗車。
 
      在切削加工過程中應使切削液噴嘴對準切削區,或最好採用高壓冷卻、噴霧冷卻等冷卻方式。
怎樣對不鏽鋼進行銑削加工?
 
      銑削不鏽鋼的特點是:不鏽鋼的粘附性及熔著性強,切屑容易粘附在銑刀刀齒上,使切削條件惡化;逆銑時,刀齒先在已經硬化的表面上滑行,增加了加工硬化的趨勢;銑削時衝擊、振動較大,使銑刀刀齒易崩刃和磨損。
銑削不鏽鋼除端銑刀和部分立銑刀可用硬質合金作銑刀刀齒材料外,其餘各類銑刀均採用高速鋼,特別是鎢—鉬系和高釩高速鋼具有良好的效果,其刀具耐用度可比W18Cr4V提高1~2倍。適宜製作不鏽鋼銑刀的硬質合金牌號有YG8、YW2、813、798、YS2T、YS30、YS25等。
 
      銑削不鏽鋼時,切削刃既要鋒利又要能承受衝擊,容屑槽要大。可採用大螺旋角銑刀(圓柱銑刀、立銑刀),螺旋角b從20°增加到45°(gn=5°),刀具耐用度可提高2倍以上,因為此時銑刀的工作前角g0e由11°增加到27°以上,銑削輕快。但b值不宜再大,特別是立銑刀以b≤35°為宜,以免削弱刀齒。
 
      採用波形刃立銑刀加工不鏽鋼管材或薄壁件,切削輕快,振動小,切屑易碎,工件不變形。用硬質合金立銑刀高速銑削、可轉位端銑刀銑削不鏽鋼都能取得良好的效果。
 
      用銀白屑(SWC)端銑刀銑削1Cr18Ni9Ti,其幾何參數為gf=5°、gp=15°、af=15°、ap=5°、kr=55°、k′r=35°、g01=-30°、bg=0.4mm、re=6mm,當Vc=50~90 m/min、Vf=630~750mm/min、a′p=2~6mm並且每齒進給量達0.4~0.8mm時,銑削力減小10%~15%,銑削功率下降44%,效率也大大提高。其原理是在主切削刃上磨出負倒棱,銑削時人為地產生積屑瘤,使其代替切削刃進行切削,積屑瘤的前角gb可達20~~302,由於主偏角的作用,積屑瘤受到一個前刀面上產生的平行於切削刃的推力作用而成為副屑流出,從而帶走了切削熱,降低了切削溫度。
 
      銑削不鏽鋼時,應儘可能採用順銑法加工。不對稱順銑法能保證切削刃平穩地從金屬中切離,切屑粘結接觸面積較小,在高速離心力的作用下易被甩掉,以免刀齒重新切入工件時,切屑衝擊前刀面產生剝落和崩刃現象,提高刀具的耐用度。
 
      採用噴霧冷卻法效果最為顯著,可提高銑刀耐用度一倍以上;如用一般10%乳化液冷卻,應保證切削液流量達到充分冷卻。硬質合金銑刀銑削不鏽鋼時,取Vc=70~150 m/min,Vf=37.5~150 mm/min,同時應根據合金牌號及工件材料的不同作適當調整。高速鋼銑刀的切削用量見表6。
 
表6 高速鋼銑刀加工不鏽鋼的銑削用量
銑刀
種類
銑刀直徑d0
(mm)
主軸轉速n
(r/min)
進給量f
(mm/min)
備註
立銑刀
3~4
1180~750
手動
1.                              當切削寬度和切削深度較小時,進給量f取大值;反之取小值
2.                              銑削2Cr13等馬氏體不鏽鋼時,應根據工件材料的實際硬度調整銑削用量
3.                              銑削耐濃硝酸不鏽鋼時,銑削速度及進給量均應適當減小
5~6
750~475
8~10
600~375
12~14
375~235
30~37.5
16~18
300~235
37.5~47.5
20~25
235~190
47.5~60
32~36
190~150
47.5~60
40~50
150~118
47.5~75
波形刃
立銑刀
36
190~150
47.5~60
 
40
150~118
50
118~95
60
95~75
60~75
鋸片
銑刀
和三
面刃
銑刀
75
235~150
23.5或手動
110
150~75
150
95~60
200
75~37.5

 

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