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              不銹鋼加工技術探討
              作者:湘冶701 文章來源:http://www.mheder.com 點擊數: 更新時間:2019-9-17 21:57:29

              基本知識。

              1、不銹鋼即含鎳量>8%或者含鉻量>12%的合金鋼。不銹鋼(Stainless Steel)是不銹耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼;而將耐化學腐蝕介質(酸、堿、鹽等化學浸蝕)腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼

              2、不銹鋼按組織狀態分為:馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼等。按成分分為:鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。還有用于壓力容器用的專用不銹鋼《GB24511_2009_承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》。按成分可分為Cr系(400系列)、CrNi系(300系列)、CrMnNi200系列)、耐熱鉻合金鋼(500系列)及析出硬化系(600系列)。

              200系列:鉻--

              201202:以錳代鎳,耐腐蝕性比較差,國內廣泛用作300系列的廉價替代品。

              201化學成份C≤0.15Si≤1Mn5.57.5Cr1618N≤0.25P≤0.06S≤0.03Ni3.5-5.5201的國家標準牌號是:舊牌號1Cr17Mn6Ni5N,新牌號: 12Cr17Mn6Ni5N

              300系列:鉻-鎳 奧氏體不銹鋼

              301:延展性好,用于成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優于304不銹鋼

              302:耐腐蝕性同304,由于含碳相對要高因而強度更好。

              303:通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。

              304:通用型號;即18/8不銹鋼。產品如:耐蝕容器、餐具、家俱、欄桿、醫療器材。標準成分是鉻18 %加鎳8 %。為無磁性、無法借由熱處理方法來改變其金相組織結構的不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9市場上常見標示有06Cr19Ni10SUS304,其中06Cr19Ni10一般表示國標標準生產,304一般表示ASTM標準生產,SUS 304表示日標標準生產。

              GB/T20878-2007 C≤0.08Si≤1Mn≤2Cr18-20 P≤0.045S≤0.03Ni8-11

              304 L:與 304 相同特性,但低碳故更耐蝕、易熱處理,但機械性較差適用焊接及不易熱處理之產品。

              304 N:與 304 相同特性,是一種含氮的不銹鋼,加氮是為了提高鋼的強度。

              309:較之304有更好的耐溫性,耐溫高達980

              309 S:具多量鉻、鎳,故耐熱、抗氧化性佳,產品如:熱交換器、鍋爐零組件、噴射引擎。

              310:高溫耐氧化性能優秀,最高使用溫度1200

              316:繼304之后,第二個得到最廣泛應用的鋼種,主要用于食品工業、鐘表飾品、制藥行業和外科手術器材,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作船用鋼來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級不銹鋼通常也符合這個應用級別。

              316 L:低碳故更耐蝕、易熱處理,產品如:化學加工設備、核能發電機、冷凍劑儲糟。

              321:除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險之外,其他性能類似304

              347:添加安定化元素鈮,適于焊接 航空器具零件及化學設備。

              400系列:鐵素體和馬氏體不銹鋼,無錳,一定程度上可替代304不銹鋼

              408:耐熱性好,弱抗腐蝕性,11%Cr8%Ni

              409:最廉價的型號(英美),通常用作汽車排氣管,屬鐵素體不銹鋼(鉻鋼)。

              410:馬氏體(高強度鉻鋼),耐磨性好,抗腐蝕性較差。

              416:添加了硫改善了材料的加工性能。

              420刃具級馬氏體鋼,類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術刀具,可以做的非常光亮。

              430:鐵素體不銹鋼,裝飾用,例如用于汽車飾品。良好的成型性,但耐溫性和抗腐蝕性要差。

              440:高強度刃具鋼,含碳稍高,經過適當的熱處理后可以獲得較高屈服強度,硬度可以達到58HRC,屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應用例子就是剃須刀片。常用型號有 三種:440A440B440C,另外還有440F(易加工型)。

              500系列:耐熱鉻合金鋼。

              600系列:馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

              3、說明:

              前角γ。,主切削刃前刀面與基面之間的平角;

              后角α。,主后刀面與切削平面之間的夾角;

              楔角βs,前刀面與主后刀面之間的夾角;

              副前角γ。',副切削刃的前刀面與基面之間的平角;

              副后角α。',副后刀面與切削平面之間的夾角;

              楔角βs,前刀面與主后刀面之間的夾角;

              主偏角Kr:進給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角;

              副偏角Kr':進給方向與副切削刃在基面上的投影之間的夾角;

              刃尖角εr: 主切削刃與副切削刃在基面上的投影之間的夾角;

              刃傾角λs:主切削刃與基面之間的夾角。

               

              湖南湘冶機械制造有限公司在不銹鋼加工過程中積累了大量的實踐經驗,結合各家之長,在此作一個系統交流:

               

              一、加工難點。

              1、高溫強度高,加工易硬化。不銹鋼的強度、硬度并不高,但含大量CrNiMn等元素,塑性與韌性好,高溫強度高,加工硬化(常高于原硬度2倍左右,表面硬度HV可達400-570kg/mm2,加工硬化層深度常為100μm-200μm馬氏體鋼例外),切削負荷重。此外,奧氏體不銹鋼在切削過程中,內部還會析出碳化物,加重對刀具的擦傷。

              2、切削負荷大。切削過程中塑性變形大,奧氏體不銹鋼伸長率超過451.5倍以上,增大切削負荷。

              3、切屑與刀具粘結現象嚴重。不銹鋼的高韌性和對其它金屬材料具有較強的親和力,加上高溫,切削過程中粘接、熔焊易生成積屑瘤(刀瘤),既影響加工表面粗糙度,又易造成刀具表面剝落。

              4、切屑不易卷曲與折斷。對封閉及半封閉容屑的刀具,切屑易堵塞,使加工表面粗糙及崩刃。切屑易劃傷已加工表面。在數控機床上切削時,斷屑與排屑是重點問題。含碳量較低的馬氐體不銹鋼此特點更加明顯。
                  5、線膨脹系數大。約為碳素鋼線膨脹系數的1.5倍,因切削溫度高,工件容易產生熱變形而影響精度。

              6、導熱系數小。一般約為碳素鋼導熱系數的1/41/3,切削溫度高,并且熱量集中在切削刀刃上。相同條件下切削溫度比45鋼高200度左右。

               

              二、刀桿選擇。

              刀桿必須有足夠的強度和剛性,以免發生顫振和變形。故刀桿截面積要大,強度較高。刀具伸出部分應盡可能短。

               

              三、刀片選擇。

              1YG類硬質合金的韌性和導熱性較好,不易與切屑粘結,因此適用于不銹鋼粗車加工,如YG6YG8YG6X。也有資料介紹YG 813(最適合加工316LYG 767YG 798YS2T等粗加工304《不銹鋼加工技術》推薦813

              2YW類硬質合金的硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性能以及韌性都較好,適合于不銹鋼精車加工,如YW1YW2

              3、含Ti不銹鋼加工不宜選用YT類硬質合金,由于不銹鋼中的TiYT類硬質合金中的Ti產生親合作用,切屑容易把合金中的Ti帶走,促使刀具磨損加劇。

              4、高速鋼只能在600°C以下保持其切削性能,因此謹慎使用。《不銹鋼加工技術》介紹:(1)用95W18Cr4VW18Cr4V切削14Cr17Ni2的壽命高46倍,因為碳含量提高紅硬性提高。(2)用W12Cr4V5 Mo銑削14Cr17Ni2刀具較耐用,因其紅硬性較好,含V量增后形成硬度很高的VC,且可阻止晶粒長大。但其強度及沖擊韌性不如W18Cr4V

              5、采用TIAICRN(碳氮化鋁鈦)涂層比不采用涂層,加工精度提高0.51級,切削速度提高25%70%,使用壽命延長35倍。

              6、有選Z140YG6X刨刀。

              7、鉆頭一般應選用W12Cr4V5Co5W6Mo5Cr4V2AlW2Mo9Cr4Co8鉆頭。

              8批量鏜孔(加工)可采用陶瓷材料刀具。有資料推薦Sialon材料,特別是α/βSialon材料,抗高溫變形和擴散磨損的性能優異,壽命遠超Al2O3基陶瓷。此外,SiC晶須加強陶瓷也是切削不銹鋼或鎳基合金的一種很有效的刀具材料。

              9、淬火零件可采CBN(立方氮化硼)刀片。 CBN硬度僅次于金剛石,耐熱性可達1200℃,與鐵族金屬在12001300℃時也不起化學作用,非常適合加工不銹鋼材料。其刀具壽命是硬質合金或陶瓷刀具的幾十倍。

              10、刀具一定要鋒利,最好定期磨。盡量避免加工中途停頓。

               

              四、切削。

              1、刀具幾何參數。1)前角較大。在不降低刀具強度的前提之下,適當提高前角。刀具前角適當提高會降低刀具的塑性變形能力,減少鐵屑切離和退出阻力,切削熱以及切削力,減輕加工硬化,相應地,刀具耐用度明顯提高。通常情況下刀具前角保持在12°20°為最佳,具體角度據實調整。可在刀具前刃磨出卷屑槽,減輕刀刃磨損。2)后角稍大。應大于車削普通碳鋼時的角度。過大會導致刀刃強度地急劇下降,降低刀具耐用度;過小則會增加車刀后角與切斷表面接觸面積,摩擦高溫區集中于后角部位,加快刀具磨損,降低工件表面光潔度,且引起加工硬化趨勢。所以,刀具后角保持在10°之間為最佳。后角的合理值取決于切削厚度,厚度少時,可取20度。(3)刀尖角。可取較大 ,以增強車刀的強固,改善散熱條件。(4)刃傾角。一般選負,以加強刀尖強度。一般選-,斷續切削時一般取-15°

              2、切削速度取普通碳鋼的40%60%。《車工手冊》介紹:粗車前偏角15°30°,后偏角,主偏角75°90°,副偏角10°,刃傾角-,刀尖圓弧半徑0.31 mm;精車前偏角20°30°,后偏角12°,主偏角75°90°,副偏角10°,刃傾角,刀尖圓弧半徑0.31 mm。用量比車削一般鋼類的小些,速度不宜過高,否則粘刀,進給量可取大些。前刀面要精磨,粗糙度應達Ra0.160.32um,刀刃要鋒利,不許有鋸齒。以1Cr19Ni9Ti粗車為例,采YG6XYG8刀片,ap=6mm,f=0.30.6mm/r,v=5070m/min。精車采YG6XYA6刀片,ap=0.50.8mm,f=0.10.15mm/r,v=100150m/min。精車采YW1YA6刀片,ap=0.51mm,f=0.150.3mm/r,v=6080m/min

               

              五、銑削。

              1、銑削時為方便散熱和排悄,對窄加工件,刀盤盤徑應取加工件寬度的1.5倍。刀盤裝夾角度一般用45°,少量偏置。用不對稱順銑而不得用反銑。

              2刀具幾何參數。切削刃既要鋒利又要能承受沖擊,容屑槽要大。可用大螺旋角銑刀,螺旋角β20°增加到45°gn=5°),工作前角γ0e11°增加到27°以上,銑削輕快。但β不宜再大,立銑刀以β35°為宜,以免削弱刀齒。用波形刃立銑刀加工不銹鋼管材或薄壁件,切削輕快,振動小,切屑易碎,工件不變形。有資料介紹,為保證切削強度,取2mm寬的平面倒角,

               3一般推薦切削速度Vc=5070m/min,切削深度為ap=47mm,進給量f=0.30.6mm/r為宜。一說取Vc=70150m/minVf=37.5150 mm/min,同時應根據合金牌號及工件材料的不同作適當調整。

               

              六、刨削。

              適當提高前角,減少后角。確保刨刀回程時不碰到工件。

               

              七、鉆孔。

              W18Cr4V普通標準高速鋼鉆頭,因頂角較小、切屑太寬而不能及時排出孔外、切削液不能及時冷卻鉆頭等缺點,再加上不銹鋼材料導熱性差,造成集中在刀刃上的切削溫度升高,容易導致兩個后刀面和主刃燒傷及崩刃,使鉆頭的使用壽命降低。

              1、刀具幾何參數。用W18Cr4V鉆孔時,切削力及切削溫度均集中在鉆尖上,為提高鉆頭切削部位的耐用度,可適當增大頂角角度,一般選135°~140°,頂角增大也將使外緣前角減小,鉆屑變窄,以利排屑。但加大頂角后,鉆頭橫刃變寬,切削阻力增大,因而必須對鉆頭橫刃進行修磨,修磨后橫刃斜角為47°~55°,橫刃前角為3°~5°,修磨橫刃時,應將切削刃與圓柱面轉角處修磨成圓角,以增加橫刃強度。 因不銹鋼彈性模量較小,切屑層下的金屬彈性恢復大,加之加工硬化,后角太小會加快鉆頭后刀面的磨損,而且增加了切削溫度,降低鉆頭的壽命。因此須適當加大后角,但后角太大則主刃的剛性不足,故后角以12°~15°為宜。為使鉆屑變窄,利于排屑,還需要在鉆頭兩個后刀面上開交錯分布的分屑槽。

              2、切削用量。鉆削時,切削用量的選擇應從降低切削溫度的基本點出發,因為高速切削將會使切削溫度升高,而高的切削溫度將加劇刀具磨損,因而切削用量中最重要的是選擇切削速度。一般情況下,切削速度以1215m/min較為合適。進給量對刀具壽命影響較小,但進給量選擇太小將會使刀具在硬化層內切削,加劇磨損;而進給量如果太大,又會使表面粗糙度變差。綜合上述兩個因素,進給量選擇為0.320.50mm/r為宜。

               

              八、 鉸孔。

              1、刀具幾何參數。為增強刀齒強度并防止鉸削時產生切屑堵塞現象,鉸刀齒數一般比較少。鉸刀前角一般為8°~12°,高速鉸削時也可用0°~5°前角;后角一般為8°~  12°;主偏角的選擇視孔的不同而異,一般情況下通孔為15°~30°,不通孔為45°;鉸孔時為了使切屑向前排出,也可適當增加刃傾角角度,刃傾角角度一般為10°~20°;刃帶寬度為0.10.15mm  ;鉸刀上倒錐應較普通鉸刀大,硬質合金鉸刀一般為0.25    0.5mm/100mm,高速鋼鉸刀為0.10.25mm/100mm;鉸刀校正部分長度一般為普通鉸刀的65% 80%,其中圓柱部分長度為普通鉸刀的40%50%

              2、切削用量。鉸孔時進給量為0.080.4mm/r,切削速度為1020m/min,粗鉸余量一般為0.20.3mm,精鉸余量為0.10.2mm。粗鉸時應用硬質合金刀具,精鉸時可用高速鋼刀具。

               

              九、鏜孔。

              1、刀具幾何參數。一般粗加工時,前角取10°~  20°,半精加工時取15°~20°;精加工時取20°~30°。主偏角的選擇依據是,當工藝系統剛性良好時,可取30°~45°;如工藝系統剛性差時,則取6075°,當工件長度與直徑之比超過10倍時,可取  90°。用陶瓷刀具鏜削不銹鋼材料時,陶瓷刀具一般采用負前角進行切削。前角大小一般選應-5°~-12°。這樣有利于加強刀刃,充分發揮陶瓷刀具抗壓強度較高的優越性。后角大小直接影響刀具磨損,對刀刃強度也有影響,一般選用5°~12°。主偏角的改變會影響徑向切削分力與軸向切削分力的變化以及切削寬度和切削厚度的大小。  因為工藝系統的振動對陶瓷刀具極為不利,所以主偏角的選擇要有利于減少這種振動,一般選取30°~75°。選用CBN作為刀具材料時,刀具幾何參數為前角0°~10°,后角12°~20°,主偏角45°~90°。

              2、切削用量。陶瓷刀具連續切削時可以按照磨損耐用度與切削用量之間的關系選擇切削用量;斷續切削則應按照刀具破損規律確定合理切削用量。陶瓷刀具耐熱性和耐磨性好,切削用量對刀具磨損壽命的影響比硬質合金刀具要小。一般情況下,用陶瓷刀具加工時,進給量對刀具的破損影響最為敏感。故在鏜削不銹鋼零件時,盡可能選擇高的切削速度、較大的背吃刀量和比較小的進給量。

               

              十、切削液選擇。

              不銹鋼加工的切削液非常重要。如在加工中未形成理想的潤滑膜,容易產生刀具面與工件之間的直接接觸而形成所謂的干摩擦,使刀與屑接觸長度變長,剪切角變小,從而增加切削難度,很難滿足以邊界潤滑為主的不銹鋼切削加工的要求。可采用全損耗系統用油或二硫化鉬作為冷卻介質,最好選含油量大且冷卻性好的的切削液。切削液可分為非水溶性和水溶性兩大類。水溶性切削液又分為乳化液和合成切削液兩種。

              《不銹鋼加工技術》介紹:

              粗車可用氯化石油潤滑脂,精車選用煤油稀釋后使用。最普通的切削油一般是硫基氯化油(含活性硫,可用煤油稀釋)。用噴霧法冷卻效果顯著,可提高銑刀壽命一倍以上。切削液中不能有金屬屑粒。

              1、硫化油。以硫為極壓添加劑的切削油,潤滑作用好,有一定的冷卻效果。切削過程中會在表面形成高熔點的硫化物。

              2、機油和錠子油等礦物油。潤滑作用好,冷卻和滲透性差,適用于外圓精車。

              3、植物油。如菜油、豆油。潤滑性較好,適用的車螺紋、鉸孔、攻絲。

              4、乳化液。可用于粗車。

              聯諾化工網站介紹:

              1、油溶性切削液的冷卻效率低。

              2、合成切削液冷卻性能較優,但潤滑性較差。

              3、乳化油的潤滑性和冷卻性介于油劑和合成液之間。普通乳化油由于含油量大使得冷卻性一般、較易腐敗發臭。

              4、微乳型切削液是一種新型水基極壓切削液,由礦物油加極壓添加劑和表面活性劑溶于水形成,其含油量遠低于乳化液,表面活性劑含量高,使分散在水中油滴微粒的直徑比乳化液小,滲透能力強,能有效地潤滑和冷卻刀切面,具有潤滑、冷卻、滲透和防銹性能。SCC101-8A不銹鋼切削液由精制礦油、油性劑、極壓劑、防銹劑及乳化劑、殺菌劑等經特殊工藝配制而成,具有良好的穩定性、極壓潤滑性、冷卻性、清洗性及防銹性,穩定性極佳,可明顯提高加工效率和產品光潔度,延長刀具使用壽命。

               

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