在自動車床上車削3Cr13不銹鋼零件

一、概述  
   雖然在通用機床上對不銹鋼類材料進行粗加工、半精加工和精加工，已不是太困難的事情。但是，在高生產率的專用自動車床上，怎樣解決不銹鋼材料切削中存在的切削力大、溫度高、刀具磨損嚴重、耐用度低、加工表面質量差、生產率低等問題，在一次切削加工就可達到圖樣的要求，還不是容易能達到的。我廠在加工3Crl3不銹鋼材料過程中，從刀具材料的選擇、刀具幾何角度、結構的確定、切削用量的選取，毛坯的供應狀態(tài)、潤滑和冷卻劑的選用等方面進行了反復試驗，取得了一定的成功經驗。 
二、切削過程中的難點及原因分析  
   在零件試生產時，我廠按車削普通碳鋼的工藝方法對3Crl3鋼進行了車削試驗，結果是刀具磨損嚴重，生產率低，零件表面質量達不到要求。  
   比較3Crl3鋼與40鋼,45鋼等碳素結構鋼的機械性能，3Crl3鋼的強度、延伸率、斷面收縮率、沖擊性能等指標都比40鋼,45鋼高，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，引起刀具磨損嚴重，使磨刀次數(shù)增多，增加了停機時間和機床調整時間，降低了生產率。又由于容易粘刀，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，又損傷工件已加工表面，直接影響零件的質量。所以，不能用切削45鋼的工藝來切削3Crl3。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。 
針對上述問題，我廠采取了以下幾項措施。 
三、采取的主要技術措施 
1) 采用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所示是用YW2材料的車刀對熱處理后不同硬度的3Cr13鋼的車削情況�？梢�，退火狀態(tài)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材料加工性較好，易達到較好的表面質量。而硬度大于HRC30時加工出的零件，表面質量雖然較好，但刀具易磨損。所以，在材料進廠后，先進行調質處理，硬度達到HRC25～30，然后再進行切削加工。                       表1 不同硬度3Crl3鋼的車削情況 
2) 刀具材料的選擇 
     我廠在切削參數(shù)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，工件表面質量好，生產率高。這是因為這種涂層硬質合金材料的刀片，具有更好的強度和韌性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦系數(shù)和更高的耐熱性，而成為自動車床車削不銹鋼的良好刀具材料，是我廠加工3Cr13不銹鋼的外回車刀的首選材料。由于沒有這種材料的切斷刀片，通過表2的對比試驗可知，YW2硬質合金的切削性能也不錯，因此可選用YW2材料的刀片作為切斷刀。 
        表2 幾種刀具材料的切例性能對比 
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。 
前角g0直接影響刀具的強度和導熱性，一般車削馬氏體不銹鋼時，刀具前角取10°～20°較為適宜。 
后角a0取5°～8°較合適，最大不超過10°。 
刃傾角ls，負的刃傾角可保護刀尖，提高刀刃強度，一般選取g0為-10°～30°。 
主偏角Kr應根據工件的形狀、加工部位和裝刀情況來選擇。 
刃口表面粗糙度應為Ra0.4-0.2µm。 
在刀具結構上，我廠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，切屑翻向待加工表面而折斷，斷屑情況好。對于切斷刀，我廠將副偏角控制在1°以內，這樣可以改善排屑條件、延長刀具的使用壽命。 
4) 合理選擇切削用量 
切削用量對工件表面質量、刀具耐用度、加工生產率影響較大。而切削理論認為，切削速度V對切削溫度和刀具耐用度的影響最大，進給量f次之，ap最小，而在自動車床上一次走刀加工的表面，其切深量ap是由工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，因為速度的提高，就會使刀具嚴重磨損，而不同的不銹鋼材料又有各自不同的最佳切削速度，這個最佳切削速度只能通過試驗或查閱有關資料確定。 
進給量f對刀具耐用度影響不如切削速度大，但會影響斷屑和排屑，從而影響工件表面的拉傷、擦傷，影響加工的表面質量。被加工表面粗糙度值不高時，f選用0.1～0.2mm/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。 
5) 選用適當?shù)睦鋮s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。 
    高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。 
    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。 
    較好的滲透性，對不易被切離的切屑，能起到較好的楔裂作用，擴散和內潤滑作用。 
    常用的加工不銹鋼的冷卻潤滑液有硫化油、硫化豆油、煤油加油酸或植物油、四抓化碳加礦物油、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)容易附在機床上結癡和變質。我廠選用了四抓化碳與機油按重量比為1:9的混合物。其中四級化碳 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值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。  
   采取了以上措施，對3Cr13不銹鋼材料的加工已完全處于正常狀態(tài)。磨刀次數(shù)只有試生產時的1/3，生產效率有比較大的提高，零件質量完全達到圖樣要求。