自動車床車削3Cr13不銹鋼的難點及對策

　　  在零件試生產時，我們按車削普通碳鋼的工藝方法對3Cr13不銹鋼進行了車削試驗，結果是刀具磨損非常嚴重，生產率極低，零件表面質量達不到要求。
 
　　  比較3Cr13鋼與40鋼、45鋼等碳素結構鋼的機械性能可知，3Cr13鋼的強度比40鋼和45鋼高，它是一種強度高、塑性好的中碳馬氏體不銹鋼。由于切削時加工硬化嚴重，切削抗力大，切削溫度高，導致刀具磨損嚴重，磨刀次數增多，增加了停機時間和機床調整時間，降低了生產率。同時又容易粘刀，產生積屑瘤，引起工件尺寸的變化并影響表面粗糙度，而且切屑不易卷曲和折斷，易損傷工件已加工表面，影響零件質量。所以，不能用切削45鋼的工藝來切削3Cr13，也不能把通用車床上的加工方法照搬到自動車床上來。因為一般自動車床裝刀較少，要求最好一次走刀就能使被加工表面達到要求的尺寸和表面粗糙度，以保證較高的生產率。
  
 2 主要技術措施
 
　　 1) 通過熱處理，改變材料的硬度
 
　　 馬氏體不銹鋼在熱處理后的不同硬度，對車削加工的影響很大。表1是用YW2材料的車刀對熱處理后不同硬度的3Cr13鋼的車削情況。可見，退火狀0.10.10.1態的馬氏體不銹鋼雖然硬度低，但車削性能差，這是因為材料塑性和韌性大，組織不均勻，粘附，熔著性強，切削過程易產生刀瘤，不易獲得較好的表面質量。而調質處理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料，車削加工性較好，易達到較好的表面質量。用硬度在HRC30以上的材料加工出的零件，表面質量雖然較好，但刀具易磨損。所以，在條件允許的情況下，可以在材料進廠后，先進行調質處理，硬度達到HRC25～HRC30，然后再進行切削加工。
 
　　2) 刀具材料的選擇
 
　　  在自動車床上車削不銹鋼，一般使用的硬質合金的刀具材料有：YG6、YG8、YT15、YT30、YW1、YW2等材料。
　　 常用的高速鋼刀具有：W18Cr4V、W6M05Cr4V2AL等材料。我們在切削參數相同的條件下，對幾種材料的刀具進行了車削對比試驗，從表2可見：采用TiC-TiCN-TiN復合涂層刀片的外圓車刀，耐用度比較高，切削速度可取高，工件表面質量好，生產率高。但是，沒有這種材料的切斷刀片。通過表2的對比試驗，YW2硬質合金的切削性能也不錯，我們選用YW2材料的刀片作為切斷刀。
　　  表2 不同刀具材料切削對比試驗
刀具材料　刀具的幾何角度　切削用量　刀具耐用度
min　加工表面粗糙度
μm　
前角γ　后角α　主偏角Kr　刃傾角λ　ν
m/min　s
mm/r　
YG8　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　72～82　Ra3.2　
YT14　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　80～95　Ra3.2　
YW2　15°　8°　90°　-10　45～55　0.1　90～110　Ra3.2　
Tic-TiCN-TiN
復合涂層刀片　12°　8°　90°　-4　45～55　0.1　128～185　Ra6.3(切斷用)　
Ra～Ra1.6
 
　　3) 刀具的幾何角度和結構的選取
 
　　對于良好的刀具材料，選擇合理的幾何角度則顯得尤為重要。
 
　　1) 前角γ：一般車削馬氏體不銹鋼刀具前角取10°～20°較為適宜。
 
　　2) 后角α:一般取5°～8°較合適，最大不過10°。
 
　　3) 刃傾角λ:一般選取λ為-10°～30°。
 
　　4) 主偏角Kr應根據工件的形狀、加工部位和裝刀情況來選擇。
 
　　5) 刃口表面粗糙度應不大于Ra0.4～Ra0.2。
 
　　  在結構上，我們對外圓車刀采用外斜式圓弧斷屑槽，靠刀尖處切屑卷曲半徑大，靠外緣處切屑卷曲半徑小，切屑將翻向待加工表面而折斷，斷屑情況好。而對切斷刀，我們將副偏角控制在1o以內，這樣可以改善排屑條件、延長刀具的使用壽命。
 
　　1) 合理選擇切削用量 [Page]
　　  切削理論認為，切削速度v對切削溫度和刀具耐用度的影響最大，走刀量s次之，吃刀量t最小，而在自動車床上一次走刀加工工件的表面，其吃刀量t是由零件尺寸與材料毛坯尺寸來決定的，一般為0～3mm；難加工材料的切削速度往往比普通鋼的切削速度低得多。
 
　　  走刀量s對刀具耐用度影響不如切削速度大，但會影響斷屑和排屑，拉傷、擦傷工件表面，影響加工的表面質量，一般認為吃刀深度大時，走刀量應減小，而切斷的走刀量又比車外圓要小。在被加工表面粗糙度要求不高時，s選用0.1mm/r～0.2mm/r。
 
　　  總之，對于難加工材料，一般選用較低的切削速度、中等的走刀量。
 
　　2) 選用適當的冷卻潤滑液
 
　　車削不銹鋼用的冷卻潤滑液，應該具有以下幾個特點：
 
　　a. 高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。
 
　　b. 不銹鋼韌性大，切削時易產生刀瘤，惡化加工表面，這就要求冷卻潤滑液有高的潤滑性能，能起到較好的潤滑作用。
 
　　c. 滲透性好，對不易被切離的切屑，能起到較好的楔裂、擴散和內潤滑作用。
 
　　  常用的加工不銹鋼的冷卻潤滑液有如下幾種：硫化油、硫化豆油，煤油加油酸或植物油、四氯化碳加礦物油、乳化液等。
 
　　  考慮到硫對機床有一定的腐蝕作用，植物油(如豆油)容易附在機床上結痂和變質，我們選用了四氯化碳與機油按重量比為1:9的混合物。其中四氧化碳滲透性好，機油的潤滑性好。試驗證明，這種冷卻潤滑液適用于表面粗糙度要求小的不銹鋼零件的半精加工和精加工工序，特別適合于馬氏體類不銹鋼零件的車加工。