攻克不锈钢加工难题：解决方案与最佳实践

新产品不断涌现对零件材料提出更高要求。有时所需材料必须满足高硬度、高耐磨、高韧性等特殊要求，产生一批难加工材料，对加工工艺提出更高要求。与优质碳素结构钢相比，不锈钢材料含Cr、Ni、Nb、Mo等合金元素。这些合金元素增加不仅提高钢材耐腐蚀性，也对不锈钢加工性能产生一定影响。

本文以不锈钢等难加工材料为对象，结合加工中遇到的实际问题，分析不锈钢加工困难，提出切实有效解决方案。

本文结合加工实际问题，分析不锈钢加工难点，提出切实有效解决方案。

不锈钢切削难点分析

实际加工中，切削不锈钢常伴随崩刃、粘刀现象。因不锈钢切削时塑性变形大，产生切屑不易断裂、易粘结，导致切削过程严重加工硬化。每次切削都会为下一次切削产生硬化层。层层累积下，不锈钢在切削过程中硬度越来越大，所需切削力也随之增加。

加工硬化层产生和切削力增加必然导致刀具与工件摩擦增加，切削温度升高。

此外，不锈钢导热系数小、散热条件差，大量切削热集中在刀具与工件之间，恶化加工表面，严重影响加工表面质量。而且切削温度升高加剧刀具磨损，在刀具前刀面产生月牙洼、切削刃出现缺口，影响工件表面质量，降低工作效率，增加生产成本。

提高不锈钢加工质量的途径

可见不锈钢加工难度大，切削易产生“硬化层”，易崩刃、切屑不易断裂导致粘刀，加剧刀具磨损。针对不锈钢这些切削特性，结合生产实际，从刀具材料、切削参数、冷却方式三方面寻找提高不锈钢加工质量的途径。

3.1 刀具材料选择

选择合适刀具是加工高质量零件基础。刀具太差无法加工合格零件；选好刀具虽能满足零件表面质量要求，但易造成浪费增加生产成本。结合不锈钢散热差、加工硬化层、易粘刀等特点，选用刀具材料应具备耐热性好、耐磨性高、与不锈钢亲和力低等特点。

3.1.1 高速钢

高速钢是加入W、Mo、Cr、V、Co等元素的高合金工具钢。工艺性能好、强度韧性好、抗冲击振动能力强。高速切削产生高热（约500℃）时仍能保持高硬度（HRC仍在60以上）。高速钢红硬性好，适合制造铣刀、麻花钻等铣削工具，可满足不锈钢切削硬化层、散热差等环境要求。

W18Cr4V是最典型高速钢刀具。1906年诞生以来广泛制成各类刀具满足切削需求。但随被加工材料机械性能不断提高，W18Cr4V刀具已无法满足难加工材料加工要求。高性能钴高速钢应运而生。与普通高速钢相比，钴高速钢耐磨性、红硬性和使用可靠性更好。适合大切削量加工和间歇切削加工。常用牌号如W12Cr4V5Co5。

3.1.2 硬质合金

硬质合金以高硬度难熔金属碳化物（WC、TiC）微米粉为主要成分，以钴、镍、钼为粘结剂，在真空炉或氢还原炉烧结而成的粉末冶金产品。硬质合金具有强度韧性好、耐热、耐磨、耐腐蚀、高硬度等一系列优异性能。500℃时基本不变，1000℃时仍有高硬度，适合不锈钢、耐热钢等难加工材料切削。常用硬质合金主要分三类：YG型（钨钴硬质合金）、YT型（钨钛钴型）、YW型（钨钛钽（铌）型），三种合金成分不同，用途也不同。其中YG硬质合金韧性好、导热性好，可选较大前角，适合切削不锈钢。

3.2 不锈钢切削刀具几何参数选择

1) 前角γo：

结合不锈钢高强度、好韧性、切削切屑不易断裂特点，在保证刀具足够强度前提下应选较大前角，可减少被加工对象塑性变形，也可降低切削温度和切削力，减少硬化层产生。

2) 后角αo：

增大后角可减小加工表面与后刀面摩擦，但刀尖散热能力和强度也会下降。后角大小视切削厚度而定。切削厚度大时应选较小后角。

• 主偏角kr、副偏角k'r：

主偏角kr减小可增加切削刃工作长度，利于散热，但会增加切削径向力，易产生振动。kr值常取50°~90°。若机床刚性不足可适当增大。副偏角常取k'r=9°~15°。

4) 刃倾角λs：

为增加刀尖强度，刃倾角一般取λs=7°~-3°。

3.3 切削液与冷却方式选择

不锈钢加工性差，对切削液冷却、润滑、渗透、清洗性能要求较高。常用切削液有几类：

1) 乳化液：

较常用冷却方式，冷却、清洗、润滑性能较好，常用于不锈钢粗车。

2) 硫化油：

切削时金属表面可形成高熔点硫化物，高温下不易破坏，润滑效果好，有一定冷却效果，一般用于钻、扩、攻丝。

3) 机油、主轴油等矿物油：

润滑性能好，但冷却和渗透性差，适合外圆精车。

切削时切削液喷嘴应对准切削区，或采用高压冷却、喷雾冷却等方式更佳。

综上，虽然不锈钢加工性差、加工硬化严重、切削力大、导热性低、易粘刀、易磨损刀具等缺点，但只要找到合适加工方法、使用合适刀具、切削方法和切削用量、选择合适冷却液、工作中勤动脑筋，不锈钢等难加工材料问题就能解决。