切削不锈钢时怎样选择刀具几何参数.docx

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切削不锈钢时怎样选择刀具几何参数

切削不锈钢时怎样选择刀具几何参数？

瓦尔特，株洲钻石，山特

2009-8-138:

59:

55

　1、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°。

　3、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=0.5～1.0mm的刀尖圆弧。

　4、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=0.15～0.2mm时，在Vc=80～100m/min、f=0.2～0.3mm/r、ap=4～15mm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。

切削不锈钢时怎样选择刀具材料？

2009-8-138:

58:

46

 　　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=3140MPa）及冲击韧性（ak=2.5J/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。

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

不锈钢有哪些切削特点?

2009-8-138:

56:

39

     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½～¼，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。

6.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切削液和冷却方式？

2009-8-139:

09:

47

       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。

数控车削不锈钢螺纹的加工方法

2011-1-713:

44:

57

   不锈钢材质本身的特殊性对数控切削加工的影响 

   不同种类的不锈钢由于机械性能和化学成分的不同其数控切削的难度也不相同。

有的不锈钢在切削加工时，很难达到满意的加工表面粗糙度;而有的不锈钢，虽容易达到要求的加工表面粗糙度，但在切削加工过程中刀具却特别容易磨损。

经总结，各类不锈钢很难切削的主要原因有以下几个方面：

   热强度高、韧性大对数控高速切削不适应奥氏体类不锈钢与马氏体类不锈钢其硬度和抗拉强度不高，只相当于40号钢，但延伸率、断面收缩率和冲击值却比较高。

如，1Cr18Ni9Ti延伸率为40号钢的210%，这样在数控高速切削过程中就不容易被切断，切削变形时所消耗的功相当大。

相对来说，不锈钢在高温下的强度降低较少，如45号钢在500°时其持久强度为7kg/mM2，而1Cr18Ni9Ti在550°时其持久强度仍保持在19～24kg/mM2。

实践证明，在相同切削温度的作用下，不锈钢切削比普通碳素钢难加工，其热强度高是一个极其重要的因素。

   加工硬化趋势强对数控车削不利在数控高速车削的过程中，由于刀尖对工件材料挤压的结果使切削区的金属产生变形，晶内发生滑移，晶格畸变，组织致密，机械性能也随着发生变化，一般切削硬度也能增加2～3倍。

数控切削后加工硬化层深度可以从几十微米到几百微米不等，因此前一次走刀所产生的加工硬化现象又妨碍了下一次走刀时的切削，并且加工硬化层的高硬度导致刀具特别容易磨损。

   切屑的粘附性强、导热差对数控切削有影响在数控切削过程中，切削碎屑很容易牢固地粘附或熔着在刀尖和刀刃上，形成积屑瘤，造成工件加工表面的表面粗糙度恶化，同时增加切削过程中的振动，加速刀具磨损。

而且大量的切削热无法及时传导出来，甚至切削产生的热量也无法传导到切屑的整体上，造成传入刀具总热量比普通碳素钢多3～5倍，使切削刃在高温下失去切削性能。

在数控切削过程中，所产生的大量热能未能迅速排出，必然会传递给刀具，使切削部位温度升高。

同时由于排屑比较困难，尤其是不断屑，使被切削下来的切屑产生挤塞，特别是加工内孔，切屑挤塞更加严重。

另外，刀具因受螺纹截面形状的限制，再加之本身强度较差，加工中容易产生振动，刀尖很容易在切削过程中由于局部温度过高而烧坏或因振动太大而崩裂。

   数控切削不锈钢刀具的问题及解决对策 

   数控切削后螺纹表面粗糙度太差鱼鳞斑状波纹及啃刀现象是不锈钢螺纹车削中最常遇到的现象，产生这些现象的原因有：

（1）螺纹车刀两侧刃后角太小，两侧刃与后面的螺纹表面相摩擦使加工表面恶化，加工时必须考虑螺纹旋转角对两侧刃实际后角的影响。

（2）螺纹车刀的前角太小，刃口不够锋利，切屑不能顺利地被切断，而是部分地被挤压或撕裂下来，必定造成螺纹表面非常粗糙。

当前角太大时，刀刃强度削弱且容易磨损、崩裂、扎刀，更容易引起振动而使螺纹表面产生波纹。

因此，应根据不锈钢的不同材质选择适当的前角。

车削耐浓硫酸用不锈钢螺纹时，应比车削2Cr13不锈钢螺纹采用较小的前角，车刀两侧切削刃上应带有很窄的刃带以避免刃口迅速被磨损。

切削2Cr13、1Cr17、4Cr13时，切削刃应尽可能锋利，否则就不容易达到所需的良好的表面粗糙度。

（3）螺纹刀刀片磨钝，实际上的前角、后角由大变小，切屑在形成过程中挤压严重，使切削过程中切削力增加振动加剧，加工表面恶化严重。

因此，车削不锈钢螺纹时，必须随时保持刀刃的锋利，及时更换刀头。

（4）螺纹车刀固定不牢、刀头伸出过长、刀杆刚性不够，或者是机床精度差、主轴松动、刀架部分松动等因素都会引起振动，使螺纹表面产生波纹。

因此，在操作时必须注意操作机床、刀具及工件，使系统有足够的刚性。

安装车刀时，除了保证安装牢固、不能有任何松动以外，车刀刀尖应略高于工件中心0.2～0.5mm，绝不能低于中心，以免扎刀。

（5）车削螺纹时应避免采用直进法，由于左右两侧的切屑接触长度长，容易产生振动，使刀尖承受的负荷加大，引起振动和增加排屑时的阻力，把加工表面划伤。

因此，对于不锈钢螺纹的加工最好选用交叉式车削螺纹的方法。

这种方法采用交替侧向进给，尤其对于大螺距螺纹、粘性材料的切削，是解决振动问题的最有效措施。

由于左右交叉使用切削刃，故磨损均匀，还能延长刀具的使用寿命。

（6）数控切削螺纹的过程中切削用量的匹配程度直接影响加工的效率。

切削量过小将会使刀具加剧磨损，过大则将使刀具产生崩碎，因此进刀数和每刀进给量会对车削螺纹产生决定性的影响。

为了获得最佳刀具寿命，工件直径不应大于螺纹大径0.14mm，应当避免少于0.05mm的每刀进给量。

加工的总切削量应设定在0.1mm左右，第一次的切深应是刀尖半径（R）的150～200%，最大不能超过0.5mm，对于奥氏体不锈钢应避免少于0.08mm的每刀进给量，内螺纹用刀尖半径小的普通刃刀片，随着刀深的缩小切削次数可能相应地增加。

   数控切削后螺纹尺寸不稳定螺纹加工后，用螺纹环规测量外螺纹“通端”进不去或者出现前后松紧不一致以及“止端”部分通过等现象。

产生这些弊病的原因：

（1）螺纹牙形不对。

即使螺纹中径已经达到规定尺寸，螺纹环规、塞规仍可能拧不动。

（2）螺纹倒牙。

用螺纹量规测量时，往往会出现受方向性限制的现象，也就是从一端拧过较紧，而从另一端拧过较松，甚至出现“通端”通不过而“止端”反而通过的现象。

（3）内螺纹底径车的太小，或外螺纹底径过大，也会使得螺纹规拧不进去，这是由于车刀磨损变钝，切削过程中有挤压现象，使螺纹的外径或内径挤压出毛刺的结果。

（4）车削直径较小的内螺纹时因车刀刀杆受尺寸的限制刚性较差，车削过程中容易产生“让刀”，以至四部尺寸较大造成局部超差。

（5）车削细长螺杆时，由于工件的刚性较差，车削过程中产生变形，造成螺纹上的尺寸误差。

（6）车削薄壁工件的内、外螺纹时，工件因受力和切削温度的影响，产生局部变形，也会产生螺纹的局部超差。

因此，要解决“螺纹量规进不去”的问题，必须针对上述原因采取相应的措施，主要是从正确安装及工件装卡合适等方面着手。

   冷却润滑液在数控切削螺纹中的微妙作用 

   合理地使用润滑液能改善切削条件达到事半功倍的效果。

在数控切削不锈钢螺纹时应注意：

   要了解冷却润滑液的特殊要求

（1）由于不锈钢的韧性大、切削不易被分离，故要求冷却液要有较高的冷却性能，以带走大量的热量。

（2）由于粘性大、熔着性大，在切削螺纹过程中容易产生积屑瘤，故应使冷却液具有较高的润滑性能。

（3）要求冷却液有较好的渗透性，可在切削中渗入到金属区的微细隙线中，使切屑容易断离。

（4）还要有一定的洗涤功能。

   取用几种合适的冷却液

（1）硫化油具有较好的冷却性能和润滑机能，按照配制方法的不同可分为直接和间接两种。

直接流化油的配方为：

矿物油98%，硫2%。

间接硫化油配方为：

矿物油78%～80%，黑机油、植物油18%～20%，硫1.7%。

（2）F43号机油适合于作不锈钢切削的冷却润滑液，对车不锈钢螺纹效果最佳。

其配方为：

5号高速机油83.5%，石油磺酸钙4%，石油磷酸钡4%，氧化石油脂钡皂4%，二烷硫代磷酸锌4%，二硫化0.5%。

（3）植物油如豆油，在车削螺纹时有利于得到较好的螺纹表面粗糙度和延长刀具的使用寿命。

   综上所述，无论是马氏体类不锈钢、铁素体类不锈钢还是奥氏体类不锈钢，甚至奥氏体+铁素体类不锈钢，都应根据不同的金相组织制定相应的加工方法，以达到理想的加工效果，创造更多的经济效益和社会效益。

世界各国不锈钢标准钢号对照表（新版）

2004-10-2614:

35:

00

中国

GB1220-92

俄罗斯

GOST5632-72

日本

JISG4303-91

美国ASTM

A276-96

比利时

BS970Part1

BSEN10088-1-95

德国

DIN17400-96

DINEN10088-1-95

法国

NFA35-578-91

NFEN10088-1-95

ISO

683/13-86

TR4956/84

1Cr17Mn6Ni5N

-

SUS201

201

X12CrMnNiN

17-7-5

X12CrMnNiN

17-7-5

X12CrMnNiN17-7-5

A-2

1Cr18Mn8Ni5N

12KH17G9AH4

SUS202

202

X12CrMnNiN

18-9-5

X12CrMnNiN

18-9-5

X12CrMnNiN18-9-5

A-3

1Cr17Ni7

-

SUS301

301

BS970Part1-96301S21

-

NFA35-574-95Z12CN17.07

14

1Cr18Ni9

12KH18H9

SUS302

302

302S31

DIN17440-96X12CrNi18-9

Z10CN18.09

12

Y1Cr18Ni9

-

SUS303

303

303S31

X12CrNiS18-9

Z10CNF18.09

17

Y1Cr18Ni9Se

12KH18H10E

SUS303Se

303Se

303S42

-

-

17a

0Cr18Ni9

08KH18H10

SUS304

304

304S31

X5CrNi18-10

Z7CN18.09

11

00Cr19Ni11

03KH18H11

SUS304L

304L

304S11

X2CrNi19-11

X2CrNi19-11

10

0Cr19Ni9N

-

SUS304N1

304N

-

-

-

-

0Cr19Ni10NbN

-

SUS304N2

XM21

-

-

-

-

00Cr18Ni10N

-

SUS304LN

-

X2CrNiN18-10

X2CrNiN18-10

X2CrNiN18-10

10N

1Cr18Ni12

12KH18H12T

SUS305

305

X4CrNi18-12

X4CrNi18-12

X4CrNI18-12

13

0Cr23Ni13

-

SUS309S

309S

-

-

NFA35-578-91Z15CN23-13

15

0Cr25Ni20

-

SUS310S

310S

310S31

-

Z8CN25-20

16

0Cr17Ni12Mo2

08KH17H13M2T

SUS316

316

316S31

X5CrNiMo17-12-2

Z7CND17-12-2

20

20a

0Cr18Ni12Mo2Ti

08KH17H13M2T

SUS316Ti

316TiS31635

320S31

X6CrNiMoTi17-12-2

X6CrNiMoTi17-12-2

21

00Cr17Ni14Mo2

03KH17H14M2

SUS316L

316L

316S13

X2CrNiMo18-14-3

X2CrNiMo17-12-2

19

19a

0Cr17Ni12Mo2N

-

SUS316N

316N

X5CrNiMo17-12-2

X5CrNiMo17-12-2

X5CrNiMo17-12-2

-

00Cr17Ni13Mo2N

-

SUS316LN

316LN

X2CrNiMo17-11-2

X2CrNiMoN17-11-2

X2CrNiMo17-11-2

19N

19aN

0Cr18Ni12Mo2Cu2

-

SUS316J1

-

-

-

-

-

00Cr18Ni14Mo2Cu2

-

SUS316JIL

-

-

-

-

-

0Cr19Ni13Mo3

08KH17H15M3T

SUS317

317

316S33

X5CrNiMo17-13-3

-

-

00Cr19Ni13Mo3

03KH16H15M3

SUS317L

317L

Part-4317S12

X2CrNiMo18-15-4

X2CrNiMo18-15-4

24

0Cr18Ni16Mo5

-

SUS317J1

-

-

-

-

-

1Cr18Ni9Ti

12KH18H10T

-

321

321S31

X6CrNitI18-10

X6CrNiTi18-10

11

0Cr18Ni10Ti

08KH18H10T

SUS321

321

321S31

X6CrNiTi18-10

X6CrNiTi18-10

15

0Cr18Ni11Nb

08KH18H12B

SUS347

347

347S31

X6CrNiNb18-10

X6CrNiNb18-10

16

0Cr18Ni9Cu3

SUSXM7

XM7

X3CrNiCu18-9-4

X3CrNiCu18-9-4

X3CrNiCu18-9-4

-

0Cr18Ni13Si4

-

SUSXM15J1

XM15

-

-

-

-

0Cr26Ni5Mo2

-

SUS329J1

-

-

-

-

-

1Cr18Ni11Si4AlTi

15KH18H12G4TYU

-

-

-

-

-

-

0Cr13Al

-

SUS405

405

405S31

X6CrAl13

X6CrAl13

5

00Cr12

-

SUS410L

-

-

-

Z3CT12

-

1Cr17

12KH17

SUS430

430

430S17

X6Cr17

X6Cr17

8

YCr17

SUS430F

-

-

X6CrMoS17

-

8a

1Cr17Mo

SUS434

-

X6CrMo17-1

X6CrMo17-1

X6CrMo17-1

9c

00Cr30Mo2

SUS447J1

-

-

-

-

-

00Cr27Mo

SUSXM27

XM27

-

-

-

-

1Cr12

SUS403

403

410S21

X6Cr13

X6Cr13

3

1Cr13

12KH13

SUS410

410

410S21

X12Cr13

-

3

0Cr13Ae

SUS405

405

403S17

X6Cr13

X6Cr13

1

Y1Cr13

SUS416

-

416S21

-

X12CrS13

7

1Cr13Mo

SUS410J1

-

-

-

-

X12CrM126

2Cr13

20KH13

SUS420J1

420

420S37

X20Cr13

X20Cr13

4

3Cr13

30KH13