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雖 然在普通車床上對不銹鋼類材料進行粗加工、半精加工和精加工，已不是太困 難的事情。但是，在高生產率的數控車床上，怎樣解決不銹鋼材料切削中存在的切削力大、溫度高、刀具磨損嚴重、耐用度低、加工表面質量差、生產率低等問題， 在一次切削加工就可達到圖樣的要求，還是不容易達到。筆者在加工3Cr13不銹鋼材料過程中，從刀具材料的選擇、刀具幾何角度、結構的確定、切削用量的選 取，毛坯的供應狀態、潤滑和冷卻劑的選用等方面進行了反覆試驗，取得了一定的成功經驗。

1 3Cr13不銹鋼數控車削特點及分析

在不銹鋼零件試加工時，首先筆者按車削普通碳鋼的工藝方法對3Cr13鋼進行了車削試驗，結果是刀具磨損嚴重，生產率低，零件表面質量達不到要求。
比 較3Cr13鋼、40號鋼、45號鋼等碳素結構鋼的機械性能，3Cr13鋼的強度、延伸率、斷面收縮率、衝擊性能等指標都比40號鋼、45號鋼高，是一種 強度高、塑性好的中碳馬氏體不銹鋼。由於切削時加工硬化嚴重，切削抗力大，切削溫度高，引起刀具磨損嚴重，使磨刀次數增多，增加了停機時間和機床調整時 間，降低了生產率。又由於容易粘刀，產生積屑瘤，引起工件尺寸的變化並影響表面粗糙度，而且切屑不易捲曲和折斷，又損傷工件已加工表面，直接影響零件的質 量。所以，不能用切削45號鋼的工藝來切削3Cr13鋼。也不能把普通車床上的加工方法照搬到數控車床上來。因為一般數控車床裝刀較少，要求用最少的走刀 次數就能使加工表面達到要求的尺寸和表面粗糙度，以保證較高的生產率。
針對上述問題，筆者採取了以下幾項加工工藝措施。

2 車削3Cr13不銹鋼的主要加工工藝措施

    表1 不同硬度3Cr13 鋼的車削情況

    材料硬度切削用量刀具耐用度T
    (min)    加工表面
    粗糙度Ra
    μm    Vc
    (m/min)    f
    mm/r
    HB240
    (退火)    		 45～55 0.1 90～115 6.3～3.2
    HRC25～30
    (調質)    		 45～55 0.1 95～110 3.2
    HRC35～38
    (調質)    		 45～55 0.1 60～75 3.2
    表2 幾種刀具材料的切削性能對比 材料硬度切削用量刀具耐用度T
    (min)    加工表面
    粗糙度Ra
    μm    Vc
    (m/min)    f
    mm/r
    YG8 45～55 0.1 72～82 3.2
    YT14 45～55 0.1 80～95 3.2
    YW2 45～55 0.1 90～110 3.2
    6.3(切斷)
    TiC-TiCN-TiN 45～55 0.1 128～185 3.2～1.6
  1. 採用熱處理改變材料的硬度
    馬 氏體不銹鋼在熱處理後的不同硬度，對車削加工的影響很大。表1所示是用YW2材料的車刀對熱處理後不同硬度的3Cr13鋼的車削情況。可見，退火狀態的馬 氏體不銹鋼雖然硬度低，但車削性能差，這是因為材料塑性和韌性大，組織不均勻，粘附性強，切削過程易產生切削瘤，不易獲得較好的表面質量。而調質處理後硬 度在HRC30 以下的3Cr13 材料加工性較好，易達到較好的表面質量。而硬度大於HRC30 時加工出的零件，表面質量雖然較好，但刀具易磨損。所以，在材料進廠後，先進行調質處理1硬度達到HRC25～30，然後再進行切削加工。

  1. 刀具材料的選擇
    刀 具材料的切削性能關係著刀具的耐用度和生產率，刀具材料的工藝性影響著刀具本身的製造與刃磨質量。因此刀具材料宜選擇硬度高、抗粘結性和韌性好的刀具材 料。筆者在切削參數相同的條件下，對幾種材料的刀具進行了車削對比試驗，從表2可見，採用TiC-TiCN-TiN復合塗層刀片的外圓車刀，耐用度比較 高，工件表面質量好，生產率高。這是因為這種塗層硬質合金材料的刀片，具有更好的強度和韌性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦係數和更高的 耐熱性，而成為數控車床車削不銹鋼的良好刀具材料，是加工3Cr13不銹鋼的外圓車刀的首選材料。由於沒有這種材料的切斷刀片，通過表2的對比試驗可知， YW2硬質合金的切削性能也不錯，因此可選用YW2材料的刀片作為切斷刀。
  2. 刀具的幾何角度和結構的選取
    對 於良好的刀具材料，選擇合理的幾何角度則顯得尤為重要。加工不銹鋼時，刀具切削部分的幾何形狀，一般應從前角、後角方面的選擇來考慮。在選擇前角時，要考 慮卷屑槽型、有無倒稜和刃傾角的正負角度大小等因素。不論何種刀具，加工不銹鋼時都必須採用較大的前角。增大刀具的前角可減小切屑切離和清除過程中所遇到 的阻力。對後角選擇要求不十分嚴格，但不宜過小，後角過小容易和工件表面產生嚴重摩擦，使加工表面粗糙度惡化，加速刀具磨損。並且由於強烈摩擦，增強了不 銹鋼表面加工硬化的效應T 刀具後角也不宜過大，後角過大，使刀具的楔角減小，降低了切削刃的強度，加速了刀具的磨損。通常，後角應比加工普通碳鋼時適當大些。一般車削馬氏體不銹鋼 時，刀具前角g0取10°～20°較為適宜。後角a0取5°～8°較合適，最大不超過10°。
    此外，刃傾角ls，負的刃傾角可保護刀尖，提高刀刃強度，一般選取g0為-10°～30°。主偏角kr應根據工件的形狀、加工部位和裝刀情況來選擇。刃口表面粗糙度應為Ra0.4～0.2μm。
    在刀具結構上，對外圓車刀採用外斜式圓弧斷屑槽，靠刀尖處切屑捲曲半徑大，靠外緣處切屑捲曲半徑小，切屑翻向待加工表面而折斷，斷屑情況好。對於切斷刀，可將副偏角控制在1°以內，這樣可以改善排屑條件、延長刀具的使用壽命。
  3. 合理選擇切削用量
    切削用量對工件表面質量、刀具耐用度、加工生產率影響較大。而切削理論認為，切削速度V對切削溫度和刀具耐用度的影響最大，進給量f次之，ap最小，而在數控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，因為速度的提高，就會使刀具嚴重磨損，而不同 的不銹鋼材料又有各自不同的最佳切削速度，這個最佳切削速度只能通過試驗或查閱有關資料確定。用硬質合金刀具進行加工時，一般推薦切削速度V= 60～80m/min。
    進給量f對刀具耐用度影響不如切削速度大，但會影響斷屑和排屑，從而影響工件表面的拉傷、擦傷，影響加工的表面質量。被加工表面粗糙度值不高時，f選用0.1～0.2mm/r。
    總之，對於難加工材料，一般選用較低的切削速度，中等的走刀量。
  4. 選用適當的冷卻潤滑液
    車削不銹鋼用的冷卻潤滑液，應該具有高的冷卻性能、高的潤滑性能和較好的滲透性。
    高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。不銹鋼韌性大，切削時易產生積屑瘤，惡化加工表面，這就要求冷卻潤滑液有較高的潤滑性能和較好的滲透性。常用的加工不銹鋼冷卻潤滑液有硫化油、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 慮到硫對機床有一定的腐蝕作用，植物油(如豆油) 容易附在機床上結癡和變質。筆者選用了四抓化碳與機油按重量比為1：9 的混合物。其中四抓化碳滲透性好，機油的潤滑性好。試驗證明，這種冷卻潤滑液適用於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，特別適合於馬 氏體類不銹鋼零件的車削加工。
    採取了以上加工工藝措施，對3Cr13不銹鋼材料的加工已完全處於正常狀態。磨刀次數只有試生產時的1/3，生產效率有比較大的提高，零件質量完全達到圖樣要求。

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