1.概述

   通常，硬質(zhì)合金刀具制造，人們把含鉻量＞12%或含鎳量＞8%的合金鋼稱為不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐腐蝕能力，并在較高溫度（＞450℃）下具有較高的強度。含鉻量達16%～18%的鋼，稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，通稱為不銹鋼。

    含鉻量達12%以上的鋼在與氧化性介質(zhì)接觸時，由于電化學作用，淮安硬質(zhì)合金刀具，表面形成一層富鉻氧化膜，可保護金屬內(nèi)部不受腐蝕。但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，不能形成堅固的鈍化膜。為提高鋼的耐腐蝕能力，通常選擇增大鉻的比例或添加可促進鈍化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。這些合金元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時改變了鋼的內(nèi)部組織和物理力學性能。其在鋼中的含量不同，對不銹鋼性能產(chǎn)生的影響不同，有的有磁性，有的則無磁性，有的能夠進行熱處理，有的則不能進行熱處理。

    不銹鋼被越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品機械行業(yè)中。其所含的合金元素對切削加工性能影響較大，文中主要對不銹鋼的切削加工進行了分析。

    2.不銹鋼的分類及性能

    （1）按不銹鋼主要成分，分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。

    （2）按不銹鋼金相組織分類：①馬氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～18%，含碳量為0.1%～0.5%（有時達1%）。其硬度為170～217HBW，抗拉強度σb為540～1 079MPa，伸長率δ為10%～25%，熱導率к為25.12W/（m·K）。常見的牌號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。馬氏體不銹鋼通過淬火，可獲得較高的硬度、強度和耐磨性。然而，當鋼中含碳量低于0.3%時，組織不均勻，粘附性強，切削時易產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，切削加工性較差。當含碳量達0.4%～0.5%時，切削加工性較好。②鐵素體不銹鋼。其含鉻量為12%～13%。硬度為177～228HBW，抗拉強度σb為363～451MPa，伸長率δ為20%～22%，熱導率к為16.7W/（m·K）。加熱冷卻時組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，所以不能進行熱處理強化，只能靠變形強化，切削加工性相對較好。常見的牌號有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奧氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～25%，含鎳量為7%～20%（或20%以上）。硬度為187～207HBW，抗拉強度σb為481～520MPa，伸長率δ為40%，熱導率к為16.33W/（m·K）。典型牌號有1Cr18Ni9Ti，其他還有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奧氏體不銹鋼含有較多的鎳或錳，加熱時組織不變，故淬火不能使其強化，可通過冷加工硬化來大幅度提高強度和硬度，其硬化程度為基體硬度的1.4～2.2倍，給下一次切削帶來很大困難。其具有優(yōu)良的力學性能和良好的耐腐蝕能力，無磁性。④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量鐵素體，常見牌號有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。這類不銹鋼有硬度極高的金屬間化合物析出，強度比奧氏體不銹鋼高，切削加工性能比奧氏體不銹鋼更差。其硬度＜277HBW，抗拉強度σb為589～736MPa，伸長率δ為18%～30%。⑤沉淀硬化不銹鋼。這類不銹鋼因含有較高的鉻、鎳和極低的碳，還含有能起沉淀硬化作用的、鋁、鈦和鉬等合金元素，其在回火時析出，產(chǎn)生沉淀硬化，具有很高的硬度和強度。其硬度為363～388HBW，抗拉強度σb為1 138～1  324MPa，伸長率δ為5%～10%，這類鋼具有良好的耐腐蝕性能。常見牌號有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

   3.不銹鋼的切削特點

   不銹鋼的切削加工性能比45鋼差。若以45鋼的相對切削加工性Kr為1，則奧氏體不銹鋼的相對切削加工性Kr為0.4，鐵素體不銹鋼的Kr為0.48，馬氏體不銹鋼的Kr為0.55。其中以奧氏體和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的切削加工性差，給切削加工帶來很大困難，其特點如下：

    （1）切削加工硬化嚴重。以奧氏體和奧氏體 鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象為嚴重，硬化層的硬度比基體硬度高1.4～2.2倍，其抗拉強度σb為1 470～1 960MPa。這類不銹鋼塑性大（δ＞35%），塑性變形時晶格扭曲，故強化系數(shù)大，且奧氏體不穩(wěn)定，在切削力作用下，部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

   （2）切削力大。不銹鋼的高溫強度和硬度高且韌性大，故在切削時所消耗的能量大，即切削抗力大。以奧氏體不銹鋼為例，在切削過程中溫度高達700℃時，其綜合力學性能高于一般結(jié)構(gòu)鋼。加之其在切削過程中的塑性變形大、硬化現(xiàn)象嚴重，增大了切削力，所以不銹鋼的單位切削力為45鋼單位切削力的1.25倍。

   （3）切削溫度高。由于不銹鋼在切削時的塑性變形大，切屑與刀具間的摩擦大，加之其熱導率僅為45鋼熱導率的1/3～1/4，散熱條件差，大量切削熱集中在切削區(qū)，在相同切削條件下，切削溫度比切削45鋼時高200℃。

   

車刀材料的選擇

車刀材料的選擇

刀桿兩部分組成，刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔任切削作業(yè)，因此刀頭資料有必要具有下列根本功能：

      1）冷硬性。車刀在常溫時具有較高的硬度，即車刀的耐磨性。

      2）紅硬性。車刀在高溫下保持切削所需的硬度，該溫度的蕞高值稱為"紅熱硬度"。

      3）耐性。車刀切削部分接受轟動和沖擊負荷所具有的強度和硬度。

      車刀資料的以上三種功能是彼此聯(lián)絡(luò)、彼此制約的，在具體選用時，要根據(jù)工件資料的功能和切削要求分析選用，同時還要結(jié)合車刀資料在價格、工藝功能方面加以考慮，以便于以較低的本錢加工、刃磨和焊接制作車刀。

      目前用來作車刀切削部分的資料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬資料，碳素東西鋼、合金東西鋼多用作鉆頭、絲錐等東西，用作車刀的較少?，F(xiàn)別離介紹作車刀刀頭的兩種主要資料：高速鋼及硬質(zhì)合金。

一、高速鋼

      高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又叫鋒鋼、風鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號。其間用得多的是Wl8Cr4V高速鋼。它們的化學成分如表4-2所示。

      高速鋼資料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼，后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高，具有必定的紅熱硬性，耐性和加工功能均較好。高速鋼車刀制作簡略，刃磨方便，容易磨得鋒利。由于高速鋼耐性好，常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件，它也常用于制作精車刀，但因紅硬性不如硬質(zhì)合金，故不宜用于高速切削。

二、硬質(zhì)合金

      硬質(zhì)合金是由難熔資料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形，經(jīng)l350～1560"（2高溫燒結(jié)而成的資料，具有極高的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性很好，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有較高的運用強度，其抗彎強度可高達1000--1700MPa，但脆性大、耐性差、怕震，以上這些缺點可通過刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。

合理選擇與數(shù)控機床匹配的刀具

數(shù)控車床是一種、率的主動化機床裝備多工位刀塔或動力刀塔，具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等雜亂工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功用，并能在批量出產(chǎn)中發(fā)揮杰出的作用。它集通用性好的全能型車床、加工精度高的精密型車床和加工的專用型一般車床的特色于一身，能很好地滿意企業(yè)進步產(chǎn)品質(zhì)量、下降出產(chǎn)本錢、進步經(jīng)濟效益的要求。所以數(shù)控車床是國內(nèi)運用量蕞大、覆蓋面廣的一種機床。在數(shù)控車床加工中，產(chǎn)品質(zhì)量和勞動出產(chǎn)率在很大程度上遭到刀具的限制，盡管其車刀的切削原理與一般車床根本相同，可是如何依據(jù)加工零件的實際情況，合理選擇和運用與數(shù)控車床匹配的刀具，是充分發(fā)揮數(shù)控車床功用和優(yōu)勢、確保加工精度、進步勞動效率以及操控加工本錢的關(guān)鍵。

1.零件剖析

 客戶要求加工的產(chǎn)品是輪軸蓋（見圖1），外形A、B兩處現(xiàn)已加工好，內(nèi)孔粗加工至90mm，產(chǎn)品的精度要求不是很高，形狀也不太雜亂，但批量較大（每月8 000件）。材料為灰鑄鐵HT200，毛坯直徑150mm，長40mm。技能要求：未注倒角為1×45°，未注公役按GB/T

1804―2000中m級加工。設(shè)備是用廣州機床廠的GSK980T經(jīng)濟型數(shù)控車床，共6臺。

2.原加工中存在的問題

 原出產(chǎn)加工選用兩把焊接式合金車刀，分別進行粗車、精車外圓、端面、內(nèi)孔的加工。焊接式合金刀易磨損，一般適合于粗車，輪軸蓋零件用的材料是鑄鐵，表皮較硬，刀具易磨損。刃磨精度得不到確保，且占用時刻長，還會使被加工輪軸蓋零件的外表精度大大下降。換刀需求整刀換，添加了刀具本錢。GSK98T刀架不能按加工要求主動裝、卸刀，需求人工換刀。因定位銷釘受力不均勻等原因，螺紋也簡單損壞，并且是用兩把刀，精度得不到確保，費時較多。加工過程中需求頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀，導致刀架很簡單磨損，定位精度出現(xiàn)差錯，還簡單出現(xiàn)毛?。ň鶆?天一臺）。機床廠的修理人員多次上門修理也不能處理問題，造成停產(chǎn)及修理費用添加。由于換刀后需從頭對刀、試車、調(diào)試的輔助時刻添加，且兩把刀加工、刀架主動換刀和空運行行程時刻也較長，對加工效率造成很大的影響。硬質(zhì)合金刀具

3.改善刀具的依據(jù)

 經(jīng)過剖析、研討刀具結(jié)構(gòu)、工藝規(guī)劃、程序編寫等方面問題，以為本來所運用的刀具非常需求改善，具體考慮如下。

（1）選用標準化刀具，改為機夾可轉(zhuǎn)位車刀。由于輪軸蓋是批量出產(chǎn)，數(shù)控車刀應(yīng)選用機夾可轉(zhuǎn)位車刀，原因在于：①精度高。確保刀片重復定位精度高，硬質(zhì)合金刀具參數(shù)，便利定位，確保刀尖方位精度，這樣刀尖磨損不需求換整刀而只需換刀片就行。②可靠性高。結(jié)構(gòu)可靠的車刀，選用復合式夾緊結(jié)構(gòu)以習慣刀架快速移動和換位以及整個主動切削過程中不會松動。迅速替換不同形式的切削部件，硬質(zhì)合金刀具優(yōu)點，完結(jié)多種切削加工，進步出產(chǎn)效率。③刀具本錢低。由于是批量出產(chǎn)，且刀片可替換，盡管機夾刀可轉(zhuǎn)位刀片貴一些，但刀具的本錢不會添加，反而下降，并且更經(jīng)用。

 （2）優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)。盡可能用少的刀具加工出工件上部分或大部分待加工外表，以減少裝夾差錯，進步加工外表的相互方位精度。在刀的結(jié)構(gòu)上假如能把加工輪軸蓋的兩把刀合并成裝在“一把刀”把上進行加工，則①不旋轉(zhuǎn)刀架。只要“一把刀”在加工，那就不需求旋轉(zhuǎn)刀架，刀架就不會由于磨損而影響精度，更不會引發(fā)停產(chǎn)、修理等問題。②維護定位銷釘?！耙话训丁倍ㄎ恢恍枨笠唤M定位銷釘，并且假如用了標準化刀具，換刀只松、緊刀尖的定位螺絲，不必松、緊刀架的定位銷釘裝、拆刀桿，刀架的定位銷釘不會被損壞。

 （3）若將選用標準化刀具和優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)合二為一，則不會存在占機時刻長的問題。由于：①選用標準化機夾可轉(zhuǎn)位刀具，當?shù)镀系囊粋€切削刃磨鈍后，其刀片的裝拆和轉(zhuǎn)位都很便利、快捷，不需刃磨即可用新的切削刃持續(xù)加工，還大大進步了刀桿的利用率。只需快速做簡單的對刀，編制程序時作恰當?shù)奶幚砭湍軌蛄恕＂谶x用優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)方案，兩個刀尖相隔必定比本來兩把刀刀尖的距離近，換刀和空運行的時刻大大縮短，再結(jié)合加工工藝、程序編寫，規(guī)劃短的空行、切削進給道路，可有用進步出產(chǎn)效率，下降刀具損耗。

4.改善后的刀具

 自己經(jīng)過以上剖析、研討，依據(jù)現(xiàn)有的認識和加工條件，從刀具結(jié)構(gòu)的規(guī)劃、工藝處理、程序的編制等方面去處理了輪軸蓋零件加工中存在的問題，具體方法如下。

 （1）將兩把機加刀合為一把機夾刀。刀桿經(jīng)熱處理，用螺絲固定刀尖A、B，這樣“一把刀”相同能夠完結(jié)本來兩把刀的工作，并且裝、卸“一把刀”比本來兩把刀省時一半。

 （2）用改善后的刀具加工時無須轉(zhuǎn)化刀架，很好地處理了由于要頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀所帶來的毛病和修理問題。

 （3）刀具磨損后只需求松開螺絲將不重磨刀片轉(zhuǎn)過恰當視點或替換，做簡單的刀補行程修正即可持續(xù)加工，大大進步了效率。

5.加工中的注意事項

 （1）將不重磨刀片A、B用螺絲固定在左、右兩邊，要確保兩刀片尖在同一平面上。

 （2）編寫程序時有必要要以A、B兩個刀尖為兩個獨立刀位點設(shè)兩組刀補（01、02），在轉(zhuǎn)化刀尖執(zhí)行時刀具要離開工件必定距離，避免刀具和工件發(fā)生碰撞。

 （3）刀具每班要轉(zhuǎn)動一次，以確保刀架的鎖緊力。

6.程序的編寫

 編寫的程序及說明如附表所示。

 程序內(nèi)容及說明

程序內(nèi)容 程序說明

O1212     程序名

G00x100Z100 定位到起刀點

T0101M3S200 調(diào)用地一組刀補A號刀尖

G00x150Z0

加工端面

G01X80F80

G00x150Z5 定位到（150，5）

G71U1R0.5 加工φ145mm外圓及倒角

G71P1Q2U0W0F100

N1G00x143

G01Z0

X145Z-1

Z-16

G00x100Z100T0101 回到起刀點取消地一組刀補

T0102M3S250     調(diào)用第二組刀補B號刀尖

G00x80Z5

G71U1R0.5     粗加工φ112mm與φ98mm內(nèi)孔與倒角

G71P3Q4U-0.5W0F80

N3G00x114

G01Z0F50

X112Z-1

Z-11

X100

X98Z-11

N4Z-48

G70P3Q4         精加工N3-N4段內(nèi)容

G00x100Z100T0102 回到起刀點取消第二組刀補

M30         程序完畢

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