3Cr13不锈钢数控车削加工工艺研究

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1、3Cr13不锈钢数控车削加工工艺研究前言   虽然在普通车床上对不锈钢类材料进行粗加工、半精加工和精加工，已不是太困难的事情。但是，在高生产率的数控车床上，怎样解决不锈钢材料切削中存在的切削力大、温度高、刀具磨损严重、耐用度低、加工表面质量差、生产率低等问题，在一次切削加工就可达到图样的要求，还是不容易达到。笔者在加工3Cr13不锈钢材料过程中，从刀具材料的选择、刀具几何角度、结构的确定、切削用量的选取，毛坯的供应状态、润滑和冷却剂的选用等方面进行了反复试验，取得了一定的成功经验。   13Cr13不锈钢数控车削特点及分析   在不锈钢零件试加工时，首先笔者按车削普通碳钢的工艺方法对3C

2、r13钢进行了车削试验，结果是刀具磨损严重，生产率低，零件表面质量达不到要求。   比较3Cr13钢、40号钢、45号钢等碳素结构钢的机械性能，3Cr13钢的强度、延伸率、断面收缩率、冲击性能等指标都比40号钢、45号钢高，是一种强度高、塑性好的中碳马氏体不锈钢。由于切削时加工硬化严重，切削抗力大，切削温度高，引起刀具磨损严重，使磨刀次数增多，增加了停机时间和机床调整时间，降低了生产率。又由于容易粘刀，产生积屑瘤，引起工件尺寸的变化并影响表面粗糙度，而且切屑不易卷曲和折断，又损伤工件已加工表面，直接影响零件的质量。所以，不能用切削45号钢的工艺来切削3Cr13钢。也不能把普通车床上的加工

3、方法照搬到数控车床上来。因为一般数控车床装刀较少，要求用最少的走刀次数就能使加工表面达到要求的尺寸和表面粗糙度，以保证较高的生产率。   针对上述问题，笔者采取了以下几项加工工艺措施。   2车削3Cr13不锈钢的主要加工工艺措施   1)采用热处理改变材料的硬度   马氏体不锈钢在热处理后的不同硬度，对车削加工的影响很大。表1所示是用YW2材料的车刀对热处理后不同硬度的3Cr13钢的车削情况。可见，退火状态的马氏体不锈钢虽然硬度低，但车削性能差，这是因为材料塑性和韧性大，组织不均匀，粘附性强，切削过程易产生切削瘤，不易获得较好的表面质量。而调质处理后硬度在HRC30以下的3Cr13材料

4、加工性较好，易达到较好的表面质量。而硬度大于HRC30时加工出的零件，表面质量虽然较好，但刀具易磨损。所以，在材料进厂后，先进行调质处理1硬度达到HRC25～30，然后再进行切削加工。表1不同硬度3Cr13钢的车削情况   2)刀具材料的选择   刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产率，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量。因此刀具材料宜选择硬度高、抗粘结性和韧性好的刀具材料。笔者在切削参数相同的条件下，对几种材料的刀具进行了车削对比试验，从表2可见，采用TiC-TiCN-TiN复合涂层刀片的外圆车刀，耐用度比较高，工件表面质量好，生产率高。这是因为这种涂层硬质合金材料的

5、刀片，具有更好的强度和韧性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦系数和更高的耐热性，而成为数控车床车削不锈钢的良好刀具材料，是加工3Cr13不锈钢的外圆车刀的首选材料。由于没有这种材料的切断刀片，通过表2的对比试验可知，YW2硬质合金的切削性能也不错，因此可选用YW2材料的刀片作为切断刀。表2几种刀具材料的切削性能对比3)刀具的几何角度和结构的选取   对于良好的刀具材料，选择合理的几何角度则显得尤为重要。加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。在选择前角时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱和刃倾角的正负角度大小等因素。不论何种刀具，加工不锈钢时都必须采

6、用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清除过程中所遇到的阻力。对后角选择要求不十分严格，但不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应T刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。一般车削马氏体不锈钢时，刀具前角g0取10°～20°较为适宜。后角a0取5°～8°较合适，最大不超过10°。   此外，刃倾角ls，负的刃倾角可保护刀尖，提高刀刃强度，一般选取g0为-10°～30°。主偏角kr应根据工件的形状、加工部位和装刀

7、情况来选择。刃口表面粗糙度应为Ra0.4～0.2μm。   在刀具结构上，对外圆车刀采用外斜式圆弧断屑槽，靠刀尖处切屑卷曲半径大，靠外缘处切屑卷曲半径小，切屑翻向待加工表面而折断，断屑情况好。对于切断刀，可将副偏角控制在1°以内，这样可以改善排屑条件、延长刀具的使用寿命。   4)合理选择切削用量   切削用量对工件表面质量、刀具耐用度、加工生产率影响较大。而切削理论认为，切削速度V对切削温度和刀具耐用度的影响最大，进给量f次之，a