株洲湘冶數(shù)控刀片在不銹鋼加工中的選用
株洲湘冶數(shù)控刀片在不銹鋼加工中的選用
隨著加工制造在中小企業(yè)的快速發(fā)展，越來越多機械加工廠家開始對刀片的選擇更加關注和挑剔，同時隨著市場上眾多國內(nèi)外刀具品牌的快速興起，終端用戶對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，結合公司硬質合金刀片生產(chǎn)的前沿技術，從不銹鋼加工材料特性、刀片選用、試切優(yōu)選等方面進行分析歸納，目的是讓廣大制造從業(yè)人員對刀片的選用形成基本認識，提升刀具選用思路，最終更好地為車間提供工藝技術支持及解決方案。
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)生級閥門、常見的生活類五金件等。使用場合不同，對不銹鋼性能要求的側重點也不一樣，目前國內(nèi)也形成了幾個典型的不銹鋼加工行業(yè)區(qū)域。
不銹鋼之所以很少生銹，主要是因為其有較高的抗腐蝕性，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度。市場上常選用的鋼種有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，主要有以下幾個影響其切削性能的因素：
（1）黏結現(xiàn)象嚴重：如圖1所示，由于韌性及塑性比其他材料好，因此在加工中過程中切屑容易粘接在前刀面上，形成較為嚴重的積屑瘤（見圖2），當加工到一定時間后，前刀面積屑瘤進一步擴大，最終導致崩刃，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，因為塑性和韌性較好，使得在加工過程中鐵屑不易從鋼體上分離，導致形成較大的切削抗力。
（3）導熱系數(shù)低：因為導熱系數(shù)較其他材料低，因此在切削中產(chǎn)生的大量溫度來不及通過鐵屑直接排出帶走，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，導致刀片提前磨損。此外，不銹鋼加工硬化嚴重，線膨脹系數(shù)大等這些因素也加快了刀具磨損。
3.不銹鋼加工刀片選用的主要參考
為了更好地應對不銹鋼難加工特性，在保證相對穩(wěn)定的切削外部條件（設備、切削液等）下，還要根據(jù)槽型特點，選擇適應的切削參數(shù)。在刀片外觀角度上來看，主要可以參考如下幾點：
（1）前角γo：不銹鋼塑性強，切屑不易從工件上排出，為使不銹鋼在加工過程中排屑更順暢，在保證刀具強度的同時需選擇更加鋒利的槽型來應對，當前角變大后，降低了切削力，使得加工更加輕快，更加有利于切屑排出，同時降低了積屑瘤產(chǎn)生的可能性，從而延長刀具使用壽命。
（2）后角：為防止后刀面與工件過早摩擦，在保證刀片剛性強度的前提下，可以適當增加后角，來提高刀片使用壽命。
（3）槽型：刀片槽型實際上就是刀片前角上微觀尺寸所顯示出來的形狀，針對不銹鋼的加工斷屑特點，目前專業(yè)生產(chǎn)刀片的公司都有專門應對不銹鋼加工特點的刀片槽型，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（vc=202.5m/min， f=0.1mm/r，ap=0.1mm），以上槽型都有鋒利的切削刃和相對大的前角，能較好地應對不銹鋼難加工特性。
通過試驗，本司生產(chǎn)的BF槽型在不銹鋼精加工也有較好的應用。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，能夠良好應對不銹鋼加工（見圖3）。
當然，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，獲得切削輕快穩(wěn)定的加工狀態(tài)，這樣會考慮使用大的前角及后角，但這勢必對刀片基體本身的耐磨空間進行壓縮。因此，如何權衡刀片使用壽命與角度、槽型的關系，最終還需要結合零件加工工藝要求，在滿足零件工藝要求的情況下，來選擇適用的刀片。
4.選用優(yōu)化對比
當確定好合適的外觀結構、微觀尺寸，以及保證刀片生產(chǎn)質量后，更重要的是選擇適用的涂層。對加工不銹鋼而言，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人的觸碰感覺的到，而刀具公司則需通過大量切削試驗，分別針對不同產(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的產(chǎn)品。
附表及圖4可以為刀具性能測試對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，當切削數(shù)據(jù)足夠充分并且成功表現(xiàn)出一致性時，可以確定該次試驗成功，獲得較好的試驗結果。而整批數(shù)據(jù)中會偶爾發(fā)生幾次與整體有所偏差的情況，如附表中的4號刀尖對比結果，A公司整體測試性能都要優(yōu)于B公司數(shù)據(jù)，但經(jīng)測試大數(shù)據(jù)，分析A公司刀尖號4數(shù)量11件，其表現(xiàn)異常，此時可以采用倒推追溯的方式，從加工過程中尋找是否出現(xiàn)裝夾異常、毛坯狀況、切削液流量、刀尖本身質量異常等問題，確定加工客觀實質是否發(fā)生了改變，通過逐步排除，找出該次測試刀片結果不理想的根本原因。如果裝夾、毛坯狀況等其他外部實質條件均未發(fā)生變化，就針對該測試刀片進行研究，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過程中，遇到此類問題時經(jīng)過系統(tǒng)分析，可以歸納為該刀片異常，這往往是一個獨立的試驗數(shù)據(jù)，并不影響對A公司該款刀片整體性能的判斷。
5.結語
本文通過對不銹鋼的基本性能進行介紹，針對其材料特性，挖掘出在數(shù)控刀片選用時需考慮的基本點，并同時結合刀具優(yōu)化對比試驗，提出刀具一線工作者在參與切削試驗時的一種思路，希望能拋磚引玉，提升刀具的選用基本認識。