作者：熊傳富 高江雄 鄧發(fā)利

單位：株洲華銳硬質(zhì)合金工具有限責(zé)任公司

來(lái)源：《金屬加工（冷加工）》2017年第11期

隨著加工制造在中小企業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多機(jī)械加工廠家開(kāi)始對(duì)刀片的選擇更加關(guān)注和挑剔，同時(shí)隨著市場(chǎng)上眾多國(guó)內(nèi)外刀具品牌的快速興起，終端用戶對(duì)刀具的挑選又常常顯得眼花繚亂和力不從心。

本研究根據(jù)以往不銹鋼加工的大量切削試驗(yàn)，結(jié)合公司硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)的前沿技術(shù)，從不銹鋼加工材料特性、刀片選用、試切優(yōu)選等方面進(jìn)行分析歸納，目的是讓廣大制造從業(yè)人員對(duì)刀片的選用形成基本認(rèn)識(shí)，提升刀具選用思路，最終更好地為車間提供工藝技術(shù)支持及解決方案。

1.不銹鋼使用范疇

不銹鋼在生產(chǎn)中有較為廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)石油管道上所使用的閥門、聯(lián)接緊固法蘭盤、球閥、醫(yī)藥器械及食品器械中的衛(wèi)生級(jí)閥門、常見(jiàn)的生活類五金件等。使用場(chǎng)合不同，對(duì)不銹鋼性能要求的側(cè)重點(diǎn)也不一樣，目前國(guó)內(nèi)也形成了幾個(gè)典型的不銹鋼加工行業(yè)區(qū)域。

    不銹鋼之所以很少生銹，主要是因?yàn)槠溆休^高的抗腐蝕性，通常材料中含Cr量在10%以上，并含有大量的Ni成分，在較高的溫度下也能保持一定的強(qiáng)度。市場(chǎng)上常選用的鋼種有304、316、316L等，與其他材料組相比，不銹鋼屬于難切削材料范疇。

2.不銹鋼的主要加工特性

與45鋼及其他鋼種相比，不銹鋼要顯得難加工。因其材料特性，主要有以下幾個(gè)影響其切削性能的因素：

（1）黏結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重：如圖1所示，由于韌性及塑性比其他材料好，因此在加工中過(guò)程中切屑容易粘接在前刀面上，形成較為嚴(yán)重的積屑瘤（見(jiàn)圖2），當(dāng)加工到一定時(shí)間后，前刀面積屑瘤進(jìn)一步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致崩刃，這種現(xiàn)象在低速加工中顯得尤為明顯。

（2）切削抗力大：不銹鋼與其他鋼種相比，因?yàn)樗苄院晚g性較好，使得在加工過(guò)程中鐵屑不易從鋼體上分離，導(dǎo)致形成較大的切削抗力。

（3）導(dǎo)熱系數(shù)低：因?yàn)閷?dǎo)熱系數(shù)較其他材料低，因此在切削中產(chǎn)生的大量溫度來(lái)不及通過(guò)鐵屑直接排出帶走，而附加在工件本身上，從而在刀尖部位容易形成比較集中的高切削溫度，導(dǎo)致刀片提前磨損。此外，不銹鋼加工硬化嚴(yán)重，線膨脹系數(shù)大等這些因素也加快了刀具磨損。

圖1  典型黏結(jié)情況

圖2  粘刀引起的積屑瘤

3.不銹鋼加工刀片選用的主要參考

為了更好地應(yīng)對(duì)不銹鋼難加工特性，在保證相對(duì)穩(wěn)定的切削外部條件（設(shè)備、切削液等）下，還要根據(jù)槽型特點(diǎn)，選擇適應(yīng)的切削參數(shù)。在刀片外觀角度上來(lái)看，主要可以參考如下幾點(diǎn)：

（1）前角γ_o：不銹鋼塑性強(qiáng)，切屑不易從工件上排出，為使不銹鋼在加工過(guò)程中排屑更順暢，在保證刀具強(qiáng)度的同時(shí)需選擇更加鋒利的槽型來(lái)應(yīng)對(duì)，當(dāng)前角變大后，降低了切削力，使得加工更加輕快，更加有利于切屑排出，同時(shí)降低了積屑瘤產(chǎn)生的可能性，從而延長(zhǎng)刀具使用壽命。

（2）后角：為防止后刀面與工件過(guò)早摩擦，在保證刀片剛性強(qiáng)度的前提下，可以適當(dāng)增加后角，來(lái)提高刀片使用壽命。

（3）槽型：刀片槽型實(shí)際上就是刀片前角上微觀尺寸所顯示出來(lái)的形狀，針對(duì)不銹鋼的加工斷屑特點(diǎn)，目前專業(yè)生產(chǎn)刀片的公司都有專門應(yīng)對(duì)不銹鋼加工特點(diǎn)的刀片槽型，如京瓷公司的MQ、MS；KORLOY公司的HA、HS槽型等，以及本公司生產(chǎn)的BF槽（v_c=202.5m/min，  f=0.1mm/r，a_p=0.1mm），以上槽型都有鋒利的切削刃和相對(duì)大的前角，能較好地應(yīng)對(duì)不銹鋼難加工特性。

通過(guò)試驗(yàn)，本司生產(chǎn)的BF槽型在不銹鋼精加工也有較好的應(yīng)用。該槽型刃口鋒利、切削輕快、抗積屑瘤好、斷屑效果良好，主要用于連續(xù)精車，在小切深工況穩(wěn)定切削條件下，能夠良好應(yīng)對(duì)不銹鋼加工（見(jiàn)圖3）。

圖3  不銹鋼精加工BF槽型與國(guó)外某品牌對(duì)比

當(dāng)然，刀片角度的選擇通常是一把雙刃劍，加工中我們往往希望刀片壽命夠長(zhǎng)，獲得切削輕快穩(wěn)定的加工狀態(tài)，這樣會(huì)考慮使用大的前角及后角，但這勢(shì)必對(duì)刀片基體本身的耐磨空間進(jìn)行壓縮。因此，如何權(quán)衡刀片使用壽命與角度、槽型的關(guān)系，最終還需要結(jié)合零件加工工藝要求，在滿足零件工藝要求的情況下，來(lái)選擇適用的刀片。

4.選用優(yōu)化對(duì)比

當(dāng)確定好合適的外觀結(jié)構(gòu)、微觀尺寸，以及保證刀片生產(chǎn)質(zhì)量后，更重要的是選擇適用的涂層。對(duì)加工不銹鋼而言，涂層的光滑性顯得尤為重要。這樣能很大程度上避免積屑瘤的產(chǎn)生，刀片外表涂層的光滑性很容易通過(guò)人的觸碰感覺(jué)的到，而刀具公司則需通過(guò)大量切削試驗(yàn)，分別針對(duì)不同產(chǎn)品、不同工況，層層篩選出最適合的涂層，建立批量試刀數(shù)據(jù)模型，最終確定出通用性強(qiáng)的產(chǎn)品。

附表及圖4可以為刀具性能測(cè)試對(duì)比提供一種思路與參考，在不同切削速度和不同工件規(guī)格情況下，當(dāng)切削數(shù)據(jù)足夠充分并且成功表現(xiàn)出一致性時(shí)，可以確定該次試驗(yàn)成功，獲得較好的試驗(yàn)結(jié)果。而整批數(shù)據(jù)中會(huì)偶爾發(fā)生幾次與整體有所偏差的情況，如附表中的4號(hào)刀尖對(duì)比結(jié)果，A公司整體測(cè)試性能都要優(yōu)于B公司數(shù)據(jù)，但經(jīng)測(cè)試大數(shù)據(jù)，分析A公司刀尖號(hào)4數(shù)量11件，其表現(xiàn)異常，此時(shí)可以采用倒推追溯的方式，從加工過(guò)程中尋找是否出現(xiàn)裝夾異常、毛坯狀況、切削液流量、刀尖本身質(zhì)量異常等問(wèn)題，確定加工客觀實(shí)質(zhì)是否發(fā)生了改變，通過(guò)逐步排除，找出該次測(cè)試刀片結(jié)果不理想的根本原因。如果裝夾、毛坯狀況等其他外部實(shí)質(zhì)條件均未發(fā)生變化，就針對(duì)該測(cè)試刀片進(jìn)行研究，譬如，在刀片生產(chǎn)制造中，該刀片本身工藝就發(fā)生了瑕疵。但筆者在大量切削試驗(yàn)過(guò)程中，遇到此類問(wèn)題時(shí)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，可以歸納為該刀片異常，這往往是一個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不影響對(duì)A公司該款刀片整體性能的判斷。

圖4  不銹鋼試驗(yàn)對(duì)比圖示例

5.結(jié)語(yǔ)

  本文通過(guò)對(duì)不銹鋼的基本性能進(jìn)行介紹，針對(duì)其材料特性，挖掘出在數(shù)控刀片選用時(shí)需考慮的基本點(diǎn)，并同時(shí)結(jié)合刀具優(yōu)化對(duì)比試驗(yàn)，提出刀具一線工作者在參與切削試驗(yàn)時(shí)的一種思路，希望能拋磚引玉，提升刀具的選用基本認(rèn)識(shí)。