新型陶瓷刀具在不锈钢切削加工中的应用研究

宋海峰

（郑州煤矿机械制造技工学校，河南 郑州 450013）

1 不锈钢切削加工对刀具影响

通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。按金相组织将不锈钢分为：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

马氏体不锈钢：能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性，切削加工较困难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时容易产生积屑瘤，断屑困难，工件已加工表面质量低。含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。马氏体不锈钢经调质处理后，可获得优良的综合力学性能，其切削加工性比退火状态有很大改善。

铁素体不锈钢：加热冷却时组织稳定，不发生相变，故热处理不能使其强化，只能靠变形强化，性能较脆，切削加工性一般较好。切屑呈带状，切屑容易擦伤或粘结于切削刃上，从而增大切削力，切削温度升高，同时可能使工件表面产生撕裂现象。

奥氏体不锈钢：由于含有较多的镍（或锰），加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可略改善其加工性。通过冷加工硬化可大幅度提高强度，如果再产生加工硬化，硬化层给下一次切削带来很大难度，使刀具急剧磨损，刀具耐用度大幅度下降。

奥氏体+铁素体不锈钢：有硬度极高的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，其切削加工性更差。

沉淀硬化不锈钢：含有能起沉淀硬化的铊、铝、钼、钛等合金元素，它们在回火时时效析出，产生沉淀硬化，使钢具有很高的强度和硬度，严重影响切削加工性。

不锈钢在加工中，切削力、工件的加工硬化、刀具工件间的摩擦和切削刃粘结等现象；加上不锈钢的导热性较差，刀具工件间的摩擦产生的切削热，大量不易散发，使切削区域温度高；这些因素不同程度对刀具的使用寿命有很大的影响，同时也是对不锈钢在高速数控加工是一个严峻的挑战。

2 切削用量对刀具的影响分析

切削用量在机械加工中对刀具的使用寿命有着重要的影响，特别是在加工不锈钢时的加工硬化、切削力、切削热等有很大影响，这些因素直接影响着对刀具耐用度。

在不锈钢加工时切削速度稍微提高一点，切削温度就会高出许多，刀具磨损加剧，耐用度则大幅度下降。为了保证合理的刀具耐用度，一般选用较低切削速度，有些结构复杂的刀具刚性、散热条件、冷却润滑效果及排屑情况都比车外圆差，切削速度还要适当降低。切削深度和进给量选用较大时，可减少走刀次数，提高生产效率，较大切深使切削力过大而引起振动，影响工件表面精度。

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。常用的高速钢刀具牌号有W2Mo9Cr4Vo8、W6Mo5Cr4V2Al，W10Mo4Cr4V3Al。 常 用 的 硬质合金刀具牌号：YA6、YH1、YG8N、YW3，813 刀片。

在不锈钢的切削加工过程中，如何高效的进行生产显得尤为重要，随着现代工业技术的不断发展，高速钢和硬质合金刀具使用受到了很大的局限性，而新兴陶瓷刀具由于具有很好的耐磨性、红硬性。将对不锈钢的加工产生飞跃的影响。

3 新型陶瓷刀具优点

陶瓷刀具是现代金属切削加工中的一种是用特种陶瓷粉末材料，通过控制了原料纯度和颗粒尺寸细化，添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等，通过特殊生产工艺，使用现代化设备生产制造出来的。其特点为高硬度、高强度、高红硬性、高耐磨性及优良的化学稳定性和低摩擦系数等。刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。普遍适用于机械加工中的车、铣、镗、刨等机床的粗、半精及精加工，更加适合于各类CNC数控车，铣床及加工中心等现代化机床的使用。

4 新型陶瓷刀具在不锈钢切削加工工艺

在不锈钢切削加工中必须考虑陶瓷刀具本身具有的物化特性、切削性能以及与普通刀具的差异。才能充分发挥其优越性。

4.1 刀具几何参数选择

加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清除过程中所遇到的阻力。对后角选择不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应T刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。一般车削马氏体不锈钢时，刀具前角 g0取10°～25°较为适宜。后角a0取5°～10°较合适。

刃倾角ls，负的刃倾角可保护刀尖，提高刀刃强度，一般选取 g0 为-10°～30°。

采用圆弧断屑槽，靠刀尖处切屑卷曲半径大，靠外缘处切屑卷曲半径小，切屑翻向待加工表面而折断，这样可以改善排屑条件、延长刀具的使用寿命。

4.2 切削用量的选择

合理选择切削用量是充分发挥陶瓷刀具切削性能的重要因素之一，它直接影响加工生产率、加工成本、加工质量和刀具耐用度。选择切削用量时必须充分考虑陶瓷刀具硬度高、耐磨性好、耐热性好等优点以及脆性较大、强度较低等缺点。

陶瓷刀具适于高速切削，切削速度过低，不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性，而且容易引起工艺系统振动，使刀具崩刃，严重时甚至无法切削。目前陶瓷刀具的切削速度已高达每分钟数千米，一般推荐切削速度v=100～1200 m/min，往往可以获得良好的切屑形状。

切削深度是由工件尺寸与材料毛坯尺寸来决定的，一般为0～6 mm。通常选取大于1.5 mm；精加工时尽量小于0.5 mm。切削深度尽可能稍大些，以避开毛坯的外表或前道工序留下的加工硬化层。当工艺系统刚性较差时，应取较小的切削深度，以免引起振动使刀具破损。

进给量对刀具使用寿命影响最小，但会影响断屑和排屑，容易拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量。通常可以选用 0.1～0.5 mm/r。

总体说来，用陶瓷刀具加工应选用较小的进给量和尽可能高的切削速度，切削深度在系统刚性和加工工艺允许的前提下应尽可能选择较大值。

4.3 选用适当的冷却润滑方式

陶瓷刀具高速切削不锈钢来说，应该具有高的冷却性能、高的润滑性能和较好的渗透。高的冷却性能，保证能带走大量的切削热。加工表面受摩擦影响较大，这就要求冷却润滑液有较高的润滑性能和较好的渗透性。常用的加工不锈钢冷却润滑液有硫化油、硫化豆油、煤油加油酸或植物油、乳化液等。