1 切削過(guò)程中的難點(diǎn)及原因分析
在零件試生產(chǎn)時(shí)，我們按車(chē)削普通碳鋼的工藝方法對(duì)3Cr13不銹鋼進(jìn)行了車(chē)削試驗(yàn)，結(jié)果是刀具磨損非常嚴(yán)重，生產(chǎn)率極低，零件表面質(zhì)量達(dá)不到要求。


比較3Cr13鋼與40鋼、45鋼等碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能可知，3Cr13鋼的強(qiáng)度比40鋼和45鋼高，它是一種強(qiáng)度高、塑性好的中碳馬氏體不銹鋼。由于切削時(shí)加工硬化嚴(yán)重，切削抗力大，切削溫度高，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，磨刀次數(shù)增多，增加了停機(jī)時(shí)間和機(jī)床調(diào)整時(shí)間，降低了生產(chǎn)率。同時(shí)又容易粘刀，產(chǎn)生積屑瘤，引起工件尺寸的變化并影響表面粗糙度，而且切屑不易卷曲和折斷，易損傷工件已加工表面，影響零件質(zhì)量。所以，不能用切削45鋼的工藝來(lái)切削3Cr13，也不能把通用車(chē)床上的加工方法照搬到自動(dòng)車(chē)床上來(lái)。因?yàn)橐话阕詣?dòng)車(chē)床裝刀較少，要求最好一次走刀就能使被加工表面達(dá)到要求的尺寸和表面粗糙度，以保證較高的生產(chǎn)率。


2 主要技術(shù)措施

1) 通過(guò)熱處理，改變材料的硬度


馬氏體不銹鋼在熱處理后的不同硬度，對(duì)車(chē)削加工的影響很大。表1是用YW2材料的車(chē)刀對(duì)熱處理后不同硬度的3Cr13鋼的車(chē)削情況。可見(jiàn)，退火狀0.10.10.1態(tài)的馬氏體不銹鋼雖然硬度低，但車(chē)削性能差，這是因?yàn)椴牧纤苄院晚g性大，組織不均勻，粘附，熔著性強(qiáng)，切削過(guò)程易產(chǎn)生刀瘤，不易獲得較好的表面質(zhì)量。而調(diào)質(zhì)處理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料，車(chē)削加工性較好，易達(dá)到較好的表面質(zhì)量。用硬度在HRC30以上的材料加工出的零件，表面質(zhì)量雖然較好，但刀具易磨損。所以，在條件允許的情況下，可以在材料進(jìn)廠后，先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到HRC25～HRC30，然后再進(jìn)行切削加工。

2) 刀具材料的選擇

在自動(dòng)車(chē)床上車(chē)削不銹鋼，一般使用的硬質(zhì)合金的刀具材料有：YG6、YG8、YT15、YT30、YW1、YW2等材料。

常用的高速鋼刀具有：W18Cr4V、W6M05Cr4V2AL等材料。我們?cè)谇邢鲄?shù)相同的條件下，對(duì)幾種材料的刀具進(jìn)行了車(chē)削對(duì)比試驗(yàn)，從表2可見(jiàn)：采用TiC-TiCN-TiN復(fù)合涂層刀片的外圓車(chē)刀，耐用度比較高，切削速度可取高，工件表面質(zhì)量好，生產(chǎn)率高。但是，沒(méi)有這種材料的切斷刀片。通過(guò)表2的對(duì)比試驗(yàn)，YW2硬質(zhì)合金的切削性能也不錯(cuò)，我們選用YW2材料的刀片作為切斷刀。

表2 不同刀具材料切削對(duì)比試驗(yàn)
刀具材料　刀具的幾何角度　切削用量　刀具耐用度
min　加工表面粗糙度
μm　
前角γ　后角α　主偏角Kr　刃傾角λ　ν
m/min　s
mm/r　
YG8　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　72～82　Ra3.2　
YT14　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　80～95　Ra3.2　
YW2　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　90～110　Ra3.2　
Tic-TiCN-TiN
復(fù)合涂層刀片　12°　8°　90°　-4　45～55　0.1　128～185　Ra6.3(切斷用)　
Ra～Ra1.6

3) 刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)的選取

對(duì)于良好的刀具材料，選擇合理的幾何角度則顯得尤為重要。

1) 前角γ：一般車(chē)削馬氏體不銹鋼刀具前角取10°～20°較為適宜。

2) 后角α:一般取5°～8°較合適，最大不過(guò)10°。

3) 刃傾角λ:一般選取λ為-10°～30°。

4) 主偏角Kr應(yīng)根據(jù)工件的形狀、加工部位和裝刀情況來(lái)選擇。

5) 刃口表面粗糙度應(yīng)不大于Ra0.4～Ra0.2。


在結(jié)構(gòu)上，我們對(duì)外圓車(chē)刀采用外斜式圓弧斷屑槽，靠刀尖處切屑卷曲半徑大，靠外緣處切屑卷曲半徑小，切屑將翻向待加工表面而折斷，斷屑情況好。而對(duì)切斷刀，我們將副偏角控制在1o以內(nèi)，這樣可以改善排屑條件、延長(zhǎng)刀具的使用壽命。


1) 合理選擇切削用量 [Page]

切削理論認(rèn)為，切削速度v對(duì)切削溫度和刀具耐用度的影響最大，走刀量s次之，吃刀量t最小，而在自動(dòng)車(chē)床上一次走刀加工工件的表面，其吃刀量t是由零件尺寸與材料毛坯尺寸來(lái)決定的，一般為0～3mm；難加工材料的切削速度往往比普通鋼的切削速度低得多。


走刀量s對(duì)刀具耐用度影響不如切削速度大，但會(huì)影響斷屑和排屑，拉傷、擦傷工件表面，影響加工的表面質(zhì)量，一般認(rèn)為吃刀深度大時(shí)，走刀量應(yīng)減小，而切斷的走刀量又比車(chē)外圓要小。在被加工表面粗糙度要求不高時(shí)，s選用0.1mm/r～0.2mm/r。


總之，對(duì)于難加工材料，一般選用較低的切削速度、中等的走刀量。

2) 選用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤(rùn)滑液

車(chē)削不銹鋼用的冷卻潤(rùn)滑液，應(yīng)該具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a. 高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。

b. 不銹鋼韌性大，切削時(shí)易產(chǎn)生刀瘤，惡化加工表面，這就要求冷卻潤(rùn)滑液有高的潤(rùn)滑性能，能起到較好的潤(rùn)滑作用。

c. 滲透性好，對(duì)不易被切離的切屑，能起到較好的楔裂、擴(kuò)散和內(nèi)潤(rùn)滑作用。

常用的加工不銹鋼的冷卻潤(rùn)滑液有如下幾種：硫化油、硫化豆油，煤油加油酸或植物油、四氯化碳加礦物油、乳化液等。


考慮到硫?qū)C(jī)床有一定的腐蝕作用，植物油(如豆油)容易附在機(jī)床上結(jié)痂和變質(zhì)，我們選用了四氯化碳與機(jī)油按重量比為1:9的混合物。其中四氧化碳滲透性好，機(jī)油的潤(rùn)滑性好。試驗(yàn)證明，這種冷卻潤(rùn)滑液適用于表面粗糙度要求小的不銹鋼零件的半精加工和精加工工序，特別適合于馬氏體類(lèi)不銹鋼零件的車(chē)加工。


3 結(jié)論

由于采取了一系列措施，我們對(duì)3Cr13不銹鋼材料的加工已完全處于正常狀態(tài)。磨刀次數(shù)只有試生產(chǎn)時(shí)的1/3,提高了生產(chǎn)效率，零件質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（墨鉅）