不锈钢的车削的特点及主要工艺

不锈钢的车削的特点及主要工艺

马立军张宏林刘劲争

中航飞机汉中航空零组件制造有限公司 陕西省 汉中市 723214

摘要：不锈钢是不锈耐酸钢的简称，它是指在空气、弱腐蚀介质以及酸、盐溶液等强腐蚀介中具有抵抗腐蚀能力的钢。由于不锈钢的物理-力学性能给车削加工带来很多的困难且车削特点突出，因此，必须有的放矢地采取技术措施，以保证车削的顺利进行。基于此，本文对不锈钢的车削的特点及主要工艺加以研究，首先对不锈钢车削作业的相关内容进行概述，其次分析了不锈钢车削的主要工艺，最后提出改善不锈钢车削工艺的措施。希望能够为相关工作人员提供一定的参考。

关键词：不锈钢；车削；特点；工艺

引言

目前在机械装备等制造领域中，不锈钢得到了比较广泛的使用，其具有较好的抗蚀性、耐磨性，且强度较高、韧性较大。机械装备领域的不断发展提高了对不锈钢的需求量，但是不锈钢自身存在的材质属性却增加了车削作业的难度，对不锈钢的推广应用造成了非常大的影响，同时也阻碍了我国社会经济的进一步发展。机械加工要跟上时代发展的步伐，就要积极优化和改进不锈钢车削加工措施，进一步有效提升不锈钢的加工效率和精度，因此，对不锈钢的车削的特点及主要工艺进行分析具有非常重要的意义。

1.不锈钢车削作业的相关概述

1.1 不锈钢车削作业的内容

按照化学成分对不锈钢进行划分可以分为铬不锈钢和镍不锈钢，其中比较常用的铬不锈钢会随着铬量增加不断提高其抗腐蚀性能，一般的含铬量包括12%、17%、27%等，比较常用的镍不锈钢的抗腐蚀性能低于铬不锈钢。

1）铬不锈钢

常用铬不锈钢的钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、3Cr13Mo、7Cr17、8Cr17等。为保证有足够的抗腐蚀能力，钢中的wG不得小于13%。随着含碳量的增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低，耐蚀性下降。这类钢主要用于在弱腐蚀介质中工作的机械零件和工具。

2）铬镍不锈钢。

在wG=18%的钢中加入质量分数为9%~10%的镍，如1Cr18Ni9，通称18-8型不锈钢。这类钢含碳量低，含镍量高。经热处理后，呈单一奥氏体组织，无磁性，其耐蚀性、塑性和韧性都较Cr13型好，并具有良好的焊接性、冷加工性及低温韧性。铬镍不锈钢主要用于制造强腐蚀介质(如硝酸、磷酸、有机酸及碱溶液等)中工作的设备，如吸收塔、贮槽、管道及容器等。

不锈钢的物理机械性能会影响其切割作业，特别是其存在的导热性能。当被加工零件的导热性能差，则车削作业带走的热量就相对较少，聚集在刀具上的热量相对较多。因为不锈钢具有韧性大、强度高等特点，在进行车削作业时难以扩散其热量，刀具比较容易发热，所以车削的速度比一般材料低，并且刀具具有的车削热量也会使刀具的车削性能受到影响。在不锈钢中具有比较分散的碳化物杂质，在进行车削作业时会产生比较大的磨蚀性，车削刀具会出现比较明显的磨损现象，而且不锈钢的强度和硬度都相对较大，刀具材料容易出现变形，严重影响了整个车削作业，导致车削工作存在非常大的困难。此外，不锈钢锻件毛坯等的硬度相对较高，且外形不规则、不连续，也给车削作业带来了较大的影响。

通过上述分析可以知道，在实际进行不锈钢车削工作时，应该以不锈钢材质的特性为依据，选择更加科学、合理的刀具材料以及刀具切割的几何角度，从而降低车削作业的难度，确保车削作业的精度和效率。

1.2不锈钢车削作业的特点

1）不锈钢的强度高，韧性大，所以车削时车削变形大，因此，车削力较大，并且车削热很高。

2）不锈钢在高温下仍然保持有较高的强度和硬度，因此加剧了车刀的磨损。

3）不锈钢粘附性强，车削过程中产生粘附性切屑，容易形成积屑瘤，不易获得较低的资有糙度值，并加速了车刀的磨损。

4）不锈钢导热性差，被切屑带走的热量很少，因此车削温度高，加剧了车刀的磨损。

5）不锈钢冷作硬化现象严重，车削时表面产生冷硬层，使车刀磨损加剧。

6）不锈钢的粘附性切屑韧性大，不易折断，造成断屑困难。

1.3影响不锈钢车削作业的因素

不锈钢加工车削作业中，其车削性能较差，主要面临着来自材质化学成分和物理特性层面的影响。就化学成分对不锈钢车削作业的影响而言，不锈钢在车削作业中多易发生加工硬化现象，从而导致工件的车削抗力提高，同时不锈钢中的碳化物、氮化物、碳氮化物，如VC、A1N、NN等。这些存在与工件内部的高强度颗粒也在一定程度上导致车削作业难度的上升，导致车削作业中的刀具磨损加剧。就物理特性对不锈钢车削作业的影响而言，多数加工过程的车削深度可达1/3甚至更大，这就导致加工硬度不断提高，而加工硬度的提高也增加了工件的车削抗力。因不锈钢本身的系数差，导致在技工作业中的散热不畅，同等加工条件下局部温度比普通钢要高出近200℃，加剧了刀具的磨损。同时不锈钢的伸长率又要高于普通钢，这就导致加工过程中的切屑会连续不断，这些车削会缠绕在工件表面导致车削过程中止或工件磨损。

1.4不锈钢车削加工的技术发展

近年来，随着不锈钢车削作业的日益增多，在关注刀具材料、车削参数、车削用量技术研发的同时，对车削液的应用也日趋广泛，并得到了较好地效果。车削液需满足不锈钢加工过程中的润滑和冷却要求，不同基质的不锈钢对车削液的要求存在着一定的差异。实践加工中，多采用合成车削液来实现加工过程中的辅助作业。而伴随着车削液的发展，水基型及半合成业取得的较大的突破。相关数据显示，应用含有水溶性防锈剂、植物油酸等油性剂、水溶性极压剂、表面活性剂、杀菌剂和抗泡剂成分的车削液，能够有效地减少刀损30%以上。同时，不锈钢车削作业的特殊处理也获得了较大的突破。以高速车削作业加工为例，其加工效率相对于普通车削有力较大的提高，且在这一加工过程中的温度和车削阻力也相对较低。加工实践中，可以以高于普通进刀量5～10倍的速度进行，这一车削过程中的所产生的车削热被切屑带走约90%，从而在极大程度上降低了工件的热效应，且对加工工件的表面变质层的影响也有所降低。随着计算机技术的迅猛发展，对车削作业的研究也从传统的实践研究、实验研究向有限元软件车削加工模拟的转变。这一技术可以实现对整个加工过程的数值模拟，对刀具与工件的相对运动过程、热流、温度、应力场等进行动态的再现，其模拟数据的成果具有良好的准确性和可行性。

2.不锈钢车削的主要工艺

随着不锈钢车削研究与实践的持续开展，在刀具材料、车削参数、车削用量等层面的优化和选择获得了较大的进步，成为提高工件加工表面质量和加工效率的重要基础。就刀具材料的层面而言，相关评测表明：T1200A（金属陶瓷刀具）适合于高速精密车削；ST20E（超细晶粒硬质合金）耐用度高，尺寸控制能力较好，适于自动加工中使用；YG532（超细晶粒硬质合金）虽然耐用度不如ST20E，但较便宜，是我国专门用于316L不锈钢的专用刀具材料。就车削参数而言，其对工件表面的粗糙度将产生直接的影响。其中进给量、车削深度和速度都会对车削作业粗糙度产生一定的影响。其中进给量是影响最大的因素。经测算，在不锈钢的精加工件作业中，其吃刀量为v=2～4mm；在不锈钢的粗加工件作业中，其吃刀量为v=0.1～0.7mm。同时，需关注车刀角度和车削参数的控制（见表1）。

表1 表面粗糙程度与车刀角度、车削参数的用量

3.改善不锈钢车削工艺的措施

1）选用硬度高、抗粘附性好、韧性好的刀具材料。如硬质合金，常用的牌号有YT798、1T712、YA6、Y320、YW1、YW2、YW3、YG8、YG8N等。也可采用高性能高速钢常用牌号有W6Ma5Cr4V2Al、W12Cr4V4Mo、W10Mo4Cr4V3Al等。

2）合理地选取刀具几何角度。由于车刀的前角太小，因此会增大车削力，也会使振动期，导致工件表面产生振纹;还会影响切屑的顺利排除，在车削温度较高的情况下，容易产生积屑瘤。因此，车刀的前角要取得大些，一般可在15°~30°范围内选取。这样做也有利于减小工件材料的塑性变形，降低车削力和减轻加工硬化程度。对于车刀的后角也应取大些、一般在8°~12°范围内选取。这样做，不但可使刀具变得锋利，还可以减少刀具后刀面与工件车削表面之间的相互摩擦，有利于提高刀具寿命。对于车刀的刃倾角要取负值，可在-3°- -10°范围内选取，并且要磨出半径为0.5~1.0mm的刀尖圆弧，以加强刀尖。由于不锈钢的韧性和塑性均较好，平面型的前刀面不利于断屑，故不应采用平面型前刀面，而应采用断屑型。

3）采用合适的车削用量。对于进给量和背吃刀量，如果选用的值偏小，一方面车削时表面会产生硬化层，另一方面将使刀刃在硬化层中工作，导致刀具磨损加快，降低刀具的寿命。因此，背吃刀量和进给量都不能过小，而要大些，通常情况下，取f=0.1~0.8mm/r,a,=0.2~4mm。关于车削速度，一般可在70-100m/min范围内选取。

4）选用抗粘结性能好和散热性能好的车削液，如极压车削液。

4.结束语

综上所述，不锈钢特殊的化学成分和物理特性给不锈钢的车削作业带来了较大的困难，这就对车削不锈钢工件提出了更高的技术控制要求。需对刀具材料、车削参数、车削用量进行严格的技术控制。且在这一加工过程中，应积极地开展不锈钢车削刀具、冷却润滑液及特种加工技术的研发与实践，同时在这一进程中，应展开对削加工参数选择和加工工艺的改进的信息化模拟，从而实现其车削加工技术的不断改进，进而推动我国不锈钢加工能力的上档升级。

参考文献

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