摘 要：通过多年来在不锈钢零部件加工实践中的技术摸索，总结出加工不锈钢工件的成功经验，进一步探讨更科学合理的加工方法。
Talking about mechanical cutting of stainless steel
一、前言
在攀钢工程技术有限公司下属机动工程处的机械加工任务中，主要工件是连接件，大多是用于炼铁厂煤化区域化产工艺设备上的，还有些是机电公司用于仪表仪器上的。这些零部件大部分都是不锈钢材料制成的，因为需要具有较高的耐酸性和耐腐蚀性能，同时还必须具有消磁性能。这样的工件精度要求较高、加工难度较大，所以这就要求机加工过程中必须采用特殊的加工手段来解决存在的困难。
二、不锈钢的性能特点
不锈钢是指在钢中含有铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中，有一定的耐蚀能力。不锈钢按其化学成分可分为铬不锈钢（1Cr13等）和铬镍不锈钢（1Cr18Ni9Ti等）两大类。按金相组织分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。由于在切削不锈钢时，加工表面硬化严重，表面硬度比基体提高1.4～2.2倍，切削力大，切削温度高，刀具在亲和作用下易产生粘结、扩散和月牙洼磨损及积屑瘤，所以它们的切削加工性较差，给车削加工造成困难。特别是奥氏体不锈钢和奥氏体+铁素体不锈钢，切削加工更为困难。
不锈钢的切削难点表现在以下几个方面：
1. 塑性大，加工硬化严重。
不锈钢的塑性韧性大，切削时的伸长率是45号钢的3倍，冲击韧性是45号钢的4倍，而且粘附性强，在切削过程中容易形成积屑瘤，使工件表面加工质量降低。而且，当切削温度升高后，其加工硬化加剧，导致材料硬度强度逐步提升，从而又使切削力大大增加，刀具前刀面与铁屑间的摩擦以及刀具与工件后刀面的摩擦的磨损加剧，从而降低了工件的表面质量，使硬化层深度也比加工一般钢材大，给以后的切削加工带来困难。
2. 导热系数小。
由于不锈钢工件材料的塑性变形大，刀具间的摩擦较大，产生的切削热较多，但导热系数较低，只有45号钢的三分之一到四分之一，因此，加工过程中产生的切削热很难散发出去。从而导致切削温度高，工件受热变形，尺寸精度难以控制。
3. 刀具容易磨损。
由于不锈钢的导热性差，切削区域热量无法及时传导出去，加之不锈钢中由碳化物形成的硬质多，使刀具的机械磨损加剧，切削区域温度升高，切削物与刀具间的压力较大，使刀具产生扩散磨损和机械磨损，导致刀具磨损加快，甚至“烧坏”刀尖。
三、切削刀具的选用
在保证高质量切削加工的前提条件下，要提高生产率，就必须有高质量、高性能的生产工具。在不锈钢加工过程中，合理选择刀具材料是保证高效率加工的重要条件。
1. 刀具材料的选择
鉴于不锈钢材质的特性，在加工不锈钢工件时，要求刀具材料必须耐热性强、耐磨性好、强度高，与不锈钢亲和作用小。目前常用的刀具材料有高速钢和（含Ta C或Nb C钨钴类）硬质合金两种。一般而言，选用YG8、YG6X、YW1、YW2等，选用813、643、798、YM10(YM4)、YS8(YM051、YM052)等新牌号硬质合金更好。
高速钢是综合性能比较好、应用范围比较广的一种刀具材料，热处理后硬度可达62～66HRC，耐热性为600°C左右，特别适用于制造结构复杂的成型刀具、孔加工刀具。随着高速钢切削性能的不断改善，用于切削不锈钢的效果越来越好。我们常选用高性能高速钢，它是在通用高速钢中增加碳、钒，添加钴或铝合金元素的新钢种，其耐磨性与耐热性有显著提高。但是，高速钢刀具切削不锈钢时的切削速度低于硬质合金刀具，所以限制了其应用。
硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物和金属通过粉末冶金工艺制成的，其种类有多种，在不锈钢加工中一般选用钨钴类和钨钛钴类两种。
钨钴类（YG)硬质合金抗弯强度与韧性好，可减少切削时的崩刃；导热性好，有利于降低切削温度。使用这种刀具材料，可以采用大的前角，刀刃容易刃磨锋利，切屑也不容易与刀具产生粘结，主要用于不锈钢的粗加工、断续切削等。
钨钛钴类(YT)硬质合金有较高的硬度，特别是有较高的耐热性，较好的抗粘结性和抗氧化能力。但是，由于脆性较大，在粗车不锈钢时因切削力大而容易崩刃。所以，一般只用于不锈钢的精加工。其中钨钛钴类刀具对含钛不锈钢有较强的亲和力，所以不适用于切削含钛的不锈钢。
此外，选用涂层的硬质合金来切削不锈钢，能够显著提高刀具的切削性能，主要牌号有：YB125、YB215及YB415等。目前新研制开发的Ti CN、Ti AIN涂层在切削不锈钢时其性能更好，切削力、切削温度下降25%，切削速度、进给量可提升一倍以上。
2. 刀具几何角度的选择
合理选择刀具几何角度非常重要，其切削部分的几何角度直接影响着切削加工时的切削力、表面粗糙度、加工硬化趋势、生产率、刀具耐用程度等诸多方面。合理选择刀具几何角度不仅可以提高工件的加工质量和加工效率还可以显著降低加工成本（如降低刀具的更换频率和废品率等）。因此，根据不锈钢材料的加工特性，在合理选择车削不锈钢的车刀切削几何角度时，要以保证车刀有足够的锋利程度、切削强度、散热性等为原则来选择刀具的几何角度。
(1）前角：不锈钢的强度、硬度比较低，由于其塑性韧性较大，应选取较大的前角和负倒棱相结合的办法来减少前刀面对切削层的塑性变形。可刀具前角的适当提高会降低刀具的塑性变形能力、切削热及切削力，加工硬化也随之减轻。同时，可降低切削力和切削温度，相应的，刀具耐用度也会显著提高。为了减小塑性变形、加工硬化，在保证切削刃强度的前提下，应尽量采用较大的前角。粗车时前角y。=15°～20°，精车时前角y。=20°～30°。负倒棱一般取：粗车时bf=(0.8～1)f；精车时bf=(0.5～0.8)f。
(2）后角：由于不锈钢的弹性和塑性都高于一般的碳素钢。进行切削时，不应选取较小的后角，这样会增加后刀面与切削面的接触，使切削温度升高，加剧刀具的磨损，使工件表面光洁度显著降低。所以，切削不锈钢时车刀应选取较大的后角，以减少后刀面与工件之间的摩擦。但是，这样会降低刀具切削刃的强度与散热。粗车时后角a。=5°～8°,精车时后角a。=10°～12°。
(3）主偏角：应将车刀的主偏角磨得小一些，这样，可以增大刀刃的工作长度，有利于散热，主偏角kr=45°～75°，k'r=8°～15°。
(4）刃倾角：由于采用较大的前角，刀尖强度会有所削弱。因此，刃磨负值的刃倾角可增加刀尖的强度，一般情况下：粗车时选取λs=-3°～5°，精车时λs=0°～3°。
(5）刀尖圆弧半径：为了使刀尖的强度较好，应取较大的刀尖圆弧半径rε=（0.5～1)mm。
(6）车削不锈钢车刀的断屑槽型，应采用全圆弧型或直线圆弧型。断屑槽宽度为（3～5)mm，槽深为（0.5～1)mm，圆弧半径为（0.2～0.8)mm。粗车时，断屑槽浅而宽。精车时，断屑槽窄而深。如再发现不断屑时，可适当降低转速或增大进给量来使其断屑。
四、切削用量的选择
当刀具几何参数确定后，还需选定合适的切削用量才能进行切削加工。选择合理的切削用量，将直接影响工件的加工质量、生产率及刀具寿命。在实际工作中，我们常常是通过切削用量手册、实践经验总结或工艺试验来选择切削用量。
1. 切削速度：
由于不锈钢的工艺性差，为了提高刀具的耐用度，切削速度不宜过高。因车削不锈钢的切削速度只有车削普通碳钢切削速度的40%～60%，太高了会使刀具磨损加快，一般硬质合金车刀的切削速度为（50～100)m/min，高速钢车刀的切削速度为（10～20)m/min。
2. 进给量：
一般根据工件及刀具刚性来决定进给量。加工不锈钢时由于材料性能特殊，进给量不宜太小，以免刀具在硬化层上切削而加剧刀具磨损，一般为（0.2～0.5)mm/r。刀具不要在切削表面停留，以防加剧切削表面硬化，给下一次进刀切削带来困难。
3. 背吃刀量：
即使是同一不锈钢工件加工，根据加工要求的不同，选择的背吃刀量也不尽相同。粗车时可选择较大的背吃刀量，这样，可以减少走刀次数，提高生产率，还可以减少刀具与工件的切削次数，降低刀具的磨损。精车时，可选择较小的背吃刀量。一般情况下，粗车时：ap=(2～5)mm；半精车时：ap=(0.～50.6)mm；精车时：ap=(0.2～0.4)mm。
五、切削液的选择
车削不锈钢时产生的切削热较多，散热较差，粘附性较强，因此，要求切削液要有较高的冷却性能、润滑性能及洗涤性能。而且，冷却润滑液必须始终连续不断地浇在车刀刀尖与工件摩擦处，断续的冷却可能造成硬质合金刀片因受热不均而产生裂纹、崩刃或损坏。一般采用的冷却液有如下两类：
1. 乳化液
乳化液是不锈钢切削加工最常见的一种冷却润滑液。乳化液具有良好的稳定性，在切削过程中能牢固吸附在表面，形成一种坚固的油皂薄膜，起着很好的冷却、润滑作用。粗车不锈钢时，用较小浓度的乳化液冷却，润滑液对刀具的使用寿命、切削效率能发挥很好的作用。精车不锈钢时，选用较大浓度的乳化液冷却，不但可以起到润滑作用，同时可以提高加工件的表面质量。
2. 煤油加植物油
煤油与植物油按一定比例（0.4:0.6）进行勾兑，勾兑时用手去感觉摩擦油的细嫩程度，较细嫩的油的渗透性、冷却性、润滑性都比较好，很适用于不锈钢的精加工，以获得较好的表面质量。
除了选用合理的切削液外，加工时切削液的供给还必须充分。在产品质量要求不断提升和科技飞速发展的今天，最好能够采用较为先进的喷雾冷却、高压冷却等高效冷却方法，以便近一步提高产品质量、延长刀具使用寿命。
六、结束语
不锈钢工件的加工在机械加工中较为常见，但由于材料本身的性能较特殊，以数字化设备来加工就不算太难，相对于普通设备在加工过程中的技术要求却不一般。以上谈及的加工技术，只是在平时工作中积累的一些经验，供加工企业参考。
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