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不锈钢的切削性能研究

2015-10-6 14:18:51      点击:

    在工业上采用几种类型不锈钢,按金相组织分为:铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体+铁素体型以及沉淀硬化型等不锈钢。

  奥氏体不锈钢,除含铬12~25%以外,还含有Ni7 20%和其它对钢性能有影响因素,它具有优良的机械性能,好的耐蚀能力和较突出的冷变性能,在加热时钢的组织不变,淬火不能强化,通过冷作硬化可较大提高强度,如再经时效,抗拉强度可达6b=1600~2800Mpa这类钢最典型代表是lGrl8Ni9Ti. 1不锈钢切削加工性能的研究金属材料切削加工性是指材料切削加工的难易程度。

  它具有一定的相对性,以45钢的可切削性作为1,常用材料相对可切削性Kr,可分为八级,加工性等级为1级(Kr=.8~1),为很容易切削材料,8级为很难切削材料(Kr不锈钢Kr=0.15~0.5,是相对可切削性较差的金属材料,例如奥氏体不锈钢(lGrl8Ni9Ti)Kr=0.4,铁素体不镑钢(1Gr28)Kr=0.48,马氏体不锈钢(2Grl 1.1物理、机械性能对可切削性的影响不锈钢的物理、机械性能对切削性有很大影响,给切削加工带来不少困难。经过实验结果。因此在常温下不锈钢强度、屈服点并不比一般钢材高,但高温下机械性能高。:特别是加工硬化很大,所以不锈钢的机械性能在切削过程中远远高于一般钢材的,其可切削性比一般钢要差。

  由于不锈钢的韧性大,对其它材料的亲和力性强,当别的金属与之接触时,在一定压力作用下,就会产生粘附:现象,粘附现象的强弱,除决定于不锈钢本身特性外,还与相接触材料性质(硬度、表面粗糙度)以及环境温度、接触压力、相对运动速度和接触表面之间润滑条件有关。不锈钢在切削过程中,刀具的前刀面和被切离金属的表面:是在很大压力,很篼温度和很大的相对运动速度的条件下相接触的,在此条件下,很容易产生通常所说的“积屑瘤”。因而切削不锈钢比一般钢材更容易产生“积屑瘤”。

  积屑瘤的产生对工件粗糙度起恶化作用。而降低表面粗糙度是机械制造工艺中及其重要的,也是衡量工件精加工可切削性主要指标。

  由于不锈钢的韧性大、高温强度大、切削过程中切屑不容易卷曲和折断,这样,不仅会严重影响操作的顺利进行,而且切屑会挤压已加工表面,影响以加工表面质量,甚至引起刀刃崩碎。因而,切削不锈钢时,排屑、断屑是要考虑解决的重要问题之一。:(3)导热性差影响可切削性。合金元素铬、镍除增加钢的强度、韧性使可切削性变坏外,它还大大降低了钢的导热性。例如不锈钢lCrl8Ni9Ti导热系数X仅为45钢的24%.所以,其已变形层深度相应高出很多。

  刀具工作表面和零件表面温度,对切削加工有重要意义。对刀具来说,因为高的切削温度和在刀具接触面上较大的单位压力,使被加工金属与刀具材料间发生急剧扩散,出现粘结现象。切屑与刀具间周期性粘焊和它从刀具上分离下来时,粘附的切屑微粒引起刀具磨损的增加,尤其在断续切削过程中,这种情况更加严重,促使刀刃迅速破坏。

  对工件来说,除因粘结引起切削过程中出现撕扯而:使加工表面质量恶化外,由于不锈钢的膨胀系数大,(一般碳钢线膨胀系数a=(10.6~12xlOV1,而奥氏体钢起整个零件的不均匀性膨胀,引起尺寸变化较大。精度高的零件,往往难以控制。

  1.2用热处理改善不锈钢的可切削性对马氏体不锈钢在锻造后,需退火以降低硬度改善可切削性。在冲压后也需进行退火,以消除硬化,提高塑性,便于进一步加工。

  对于含碳化相的奥氏体合金,淬火使可切削性恶化,含碳愈多,恶化愈甚。为获得单相奥氏体组织,提高耐蚀性,可在110尤左右加热使所有碳化物都溶人奥氏体,然后水淬快冷至室温,即获得单相奥氏体组织。这种处理称为固溶处理。它与一般钢淬火不同,其目的是提高耐蚀性同时,改善切削性能。

  双相不锈钢通常采用lOOd-llOOt淬火后,可获得铁素体及奥氏体组织,由于奥氏体组织存在,降低了高铬铁素体的脆性提高了可焊性、初性,降低晶粒长大倾向。

  除采用组织变化进行退火改善可切削性外,现还采用“高温切削”工艺。因为在不锈钢加热到700T时,弹性模数E及6b、6s、》l;数值最小,可切削性好。因此高温切削大大提高生产率(此温度较难控制)。

  1.3用加入物改善不锈钢可切削性不锈钢中加人易切削元素,可以使切削阻力小和容易断屑,可以改善工件表面质量。可切削性能显著改善。

  加人易切削元素不锈钢称为易切削不锈钢,一般加人元素有S、Se、Pb等及铅、铋、银等复合元素,效果明显。

  2不锈钢切削条件的研究2.1刀具材料正确选择刀具材料,是保证高效率加工不锈钢的先决条件。加工不锈钢,刀具材料一般有硬质合金和高速钢两大类。按生产实践,车削不锈钢时以YG8、YG6等钨钻类合金较多,其中以YG8最普遍。这是因为钨钴类合金韧性好,能承受冲击载荷,用它制成的车刀可采用较大前角和磨出较锋利刃口,切屑容易变形,使切削轻快,在初加工和断续表面加工中不容易崩刃。

  在YG8中加人一种高熔点稀有金属碳化物而成为YG8N,更适合于不锈钢切削。它具有YG8的强度和YG6的硬度,耐磨性比YG6提高一半,比YG8提高倍,而使用强度与YG8相当。所以切削不锈钢的刀具大多是YG8、YG6和YG8N,此外YW1、YW2也较适合于切削不锈钢,而车削马氏体不镑钢,以YT15的刀具耐用度较高。

  以上刀具既可以是焊接式也可以是机夹不重磨式。

  数控机床用刀具亦有立方氮化硼等材料。

  高速钢在生产中采用W18Q4V最常见。其缺点是耐磨性差,现在生产中采用超硬501高速钢其硬度高、韧性好,加0.25硬质合金车螺纹20在生产中不锈钢切削用量列于表2、表3中供。

  注意,同样是不锈钢,由于牌号不同,可切削性也不工不锈钢时耐磨性显著提篼,寿命比W18Ci4V高2-4倍。2.2刀具几何形状提高刀具耐用度,使刀具切削部分几何形状适应不锈钢特点,是不锈钢切削关键所在。

  是加工lCrl8M9Ti钢时,车刀后角对耐用度影响实验曲线。实验条件:刀具材料YG8,切削速度w=94m/前角选择,在力求不崩刃前提下,尽量采用大前角。后角选择在保证切削刃必要强度前提下将后角增大。在生产中,车刀前角7为15°~20°,铰刀前角10~20°,丝锥20°左右。

  中后角在10°以下随度数的增加而增加刀具耐用度,从10°20°,随度数增加而降低耐用度。后角a―般为6°,粗加工为增加刀刃强度取小于6°,精加工时取大于6°。为了减小经向切削力,应尽量选较大主偏角。一般切削不锈钢的刀具都采用断屑槽,其宽度为3~5mm,槽深0.5~.3,控制断肩槽位置、形状都可以影响切屑形状和流出状况。

  2.3切削用量切削不锈钢时,切削用量选择主要考虑刀具耐用度,其次是生产效率。

  切削速度选择应越过所谓“崩刃范围”,例如lCrl8Ni9Ti,ap=05mm,当Vc=50m/min时,会出现刀具耐用度突然下降,在此时切削振动最严重,刀具相对于工件振动的结果造成刀刃微崩,这种速度被称之为“崩刃范围”。它决定于刀具后面磨损和切屑形成过程中的自激振动,而刀具耐用度下降程度则与工艺系统刚度有关,刚性越好,振动越小,则刀具寿命下降越小。

  刀具耐用度随进给量减小而增高,但不能小于0.1mm,以避免冷作硬化现象。

  切削深度对刀具耐用度影响很小,它的选用应能使在该加工余量相应系统刚度条件下,以最少走刀次数完成零件的加工。

  同,切削用量就有差别。若以车削lCrl8Ni9Ti为标准,则加系数为0.6~0.7等。

  表2加工不锈钢的切削用量表3 1Cn8Ni9Ti的车削用量工件粗车精车镗孔切断直径转速n进给ft转速进给量转速进给量转速进给置手动受动2.4冷却润滑不锈钢在切削加工过程中对冷却润滑有较高的要求,因此,要求冷却液具有的冷却性能、润滑性能和洗涤性能。

  有些不锈钢润滑采用动物油,如应用四氯化碳20%,猪油80%,渗透性和润滑性好,适于不锈钢铰孔和攻螺纹,可提高工件表面质量,较低表面粗糙度(用于2Crl3螺纹加工)。

  3结论综上所述,从金属可切削角度,不锈钢是难切削材料,但由于越来越多的产品应用此材料,充分认识其组织性能,设计出有利切削条件,加工出满足设计要求零件是可行的,而且其经济性较好。