在自動(dòng)車床上車削3Cr13不銹鋼零件

一、概述
雖然在通用機(jī)床上對(duì)不銹鋼類材料進(jìn)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(chǎn)率的專用自動(dòng)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(yán)重、耐用度低、加工表面質(zhì)量差、生產(chǎn)率低等問題，在一次切削加工就可達(dá)到圖樣的要求，還不是容易能達(dá)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(jié)構(gòu)的確定、切削用量的選取，毛坯的供應(yīng)狀態(tài)、潤(rùn)滑和冷卻劑的選用等方面進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。
二、切削過程中的難點(diǎn)及原因分析
在零件試生產(chǎn)時(shí)，我廠按車削普通碳鋼的工藝方法對(duì)3Crl3鋼進(jìn)行了車削試驗(yàn)，結(jié)果是刀具磨損嚴(yán)重，生產(chǎn)率低，零件表面質(zhì)量達(dá)不到要求。
比較3Crl3鋼與40鋼,45鋼等碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能，3Crl3鋼的強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率、沖擊性能等指標(biāo)都比40鋼,45鋼高，是一種強(qiáng)度高、塑性好的中碳馬氏體不銹鋼。由于切削時(shí)加工硬化嚴(yán)重，切削抗力大，切削溫度高，引起刀具磨損嚴(yán)重，使磨刀次數(shù)增多，增加了停機(jī)時(shí)間和機(jī)床調(diào)整時(shí)間，降低了生產(chǎn)率。又由于容易粘刀，產(chǎn)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(zhì)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(dòng)車床上來。因?yàn)橐话阕詣?dòng)車床裝刀較少，要求最好一次走刀就能使加工表面達(dá)到要求的尺寸和表面粗糙度，以保證較高的生產(chǎn)率。
針對(duì)上述問題，我廠采取了以下幾項(xiàng)措施。
三、采取的主要技術(shù)措施
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(duì)車削加工的影響很大。表1所示是用YW2材料的車刀對(duì)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?yàn)椴牧纤苄院晚g性大，組織不均勻，粘附、熔著性強(qiáng)，切削過程易產(chǎn)生刀瘤，不易獲得較好的表面質(zhì)量。而調(diào)質(zhì)處理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料加工性較好，易達(dá)到較好的表面質(zhì)量。而硬度大于HRC30時(shí)加工出的零件，表面質(zhì)量雖然較好，但刀具易磨損。所以，在材料進(jìn)廠后，先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到HRC25～30，然后再進(jìn)行切削加工。
刀具材料的選擇
我廠在切削參數(shù)相同的條件下，對(duì)幾種材料的刀具進(jìn)行了車削對(duì)比試驗(yàn)。從表2可見，采用TiC-TiCN-TiN復(fù)合涂層刀片的外圓車刀，耐用度比較高，工件表面質(zhì)      量好，生產(chǎn)率高。這是因?yàn)檫@種涂層硬質(zhì)合金材料的刀片，具有更好的強(qiáng)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(dòng)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(duì)比試驗(yàn)可知，YW2硬質(zhì)合金的切削性能也不錯(cuò)，因此可選用YW2材料的刀片作為切斷刀。    
刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)的選取
對(duì)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(qiáng)度和導(dǎo)熱性，一般車削馬氏體不銹鋼時(shí)，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(fù)的刃傾角可保護(hù)刀尖，提高刀刃強(qiáng)度，一般選取g0為-10°～30°。
主偏角Kr應(yīng)根據(jù)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(yīng)為Ra0.4-0.2µm。
在刀具結(jié)構(gòu)上，我廠對(duì)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(duì)于切斷刀，我廠將副偏角控制在1°以內(nèi)，這樣可以改善排屑條件、延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
合理選擇切削用量
切削用量對(duì)工件表面質(zhì)量、刀具耐用度、加工生產(chǎn)率影響較大。而切削理論認(rèn)為，切削速度V對(duì)切削溫度和刀具耐用度的影響最大，進(jìn)給量f次之，ap最小，而在自動(dòng)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?yàn)樗俣鹊奶岣撸�就�?huì)使刀具嚴(yán)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(gè)最佳切削速度只能通過試驗(yàn)或查閱有關(guān)資料確定。
進(jìn)給量f對(duì)刀具耐用度影響不如切削速度大，但會(huì)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(zhì)量。被加工表面粗糙度值不高時(shí)，f選用0.1～0.2mm/r。
總之，對(duì)于難加工材料，一般選用較低的切削速度，中等的走刀量。
選用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤(rùn)滑液車削不銹鋼用的冷卻潤(rùn)滑液，應(yīng)該具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
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(shí)易產(chǎn)生刀瘤，惡化加工表面，這就要求冷卻潤(rùn)滑液有高的潤(rùn)滑性能，能起到較好的潤(rùn)滑作用。
較好的滲透性，對(duì)不易被切離的切屑，能起到較好的楔裂作用，擴(kuò)散和內(nèi)潤(rùn)滑作用。
常用的加工不銹鋼的冷卻潤(rùn)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?qū)�機(jī)床有一定的腐蝕作用，植物油(如豆油)容易附在機(jī)床上結(jié)癡和變質(zhì)。我廠選用了四抓化碳與機(jī)油按重量比為1:9的混合物。其中四級(jí)化碳滲透性好，機(jī)油的潤(rùn)滑性好。試驗(yàn)證明，這種冷卻潤(rùn)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(duì)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(chǎn)時(shí)的1/3，生產(chǎn)效率有比較大的提高，零件質(zhì)量完全達(dá)到圖樣要求。

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