刀具材料对高速车削Cr18Ni9不锈钢的影响

杨晓勇

（眉山职业技术学院 工程技术系 四川 眉山 620010）

刀具材料对高速车削Cr18Ni9不锈钢的影响

杨晓勇

（眉山职业技术学院 工程技术系 四川 眉山 620010）

Cr18Ni9不锈钢的高速车削比较困难，本文选取三种不同的刀具材料，对Cr18Ni9不锈钢进行车削，分析不同的刀具材料对车削这种难切削金属的影响，为Cr18Ni9不锈钢高速车削时选择合适的刀具材料作参考。

不锈钢；高速钢；硬质合金；陶瓷刀片

1 引言

在Crl8Ni9不锈钢高速车削的过程中，要提高车削加工的质量，降低成本，其中刀具是关键因素之一，但刀具总会发生磨损，刀具的磨损与工件材料性质、刀具材料以及切削条件都有关系，通过掌握刀具磨损的原因及发展规律，能懂得如何选择刀具材料和切削条件，保证加工质量。其中刀具耐用度是车削加工中重要的数据之一，在评定刀具材料的切削性能、工件材料的可切削性、优化切削过程、降低成本、提高生产率等方面均需要进行刀具耐用度试验，以获得刀具耐用度经验公式。国际标准化组织对刀具耐用度的标准试验方法作了详尽规定（ISO3685-1977），但按标准试验法要耗费大量钢料和人力，还需要有专门的设备。因此为比较直观的得到刀具材料对高速车削这类材料的影响，本文采用了比较试验法，利用不同材料的刀具，在固定的车削条件下，对Crl8Ni9不锈钢工件进行车削，观察刀具磨损情况，从而为高速车削这类材料提供刀具材料选择的参考。

2 高速车削Crl8Ni9不锈钢刀具材料的筛选

根据Crl8Ni9不锈钢的性能特点和高速车削的情况，对刀具材料要求应具备耐热性好，耐磨性好，与Crl8Ni9不锈钢的亲和力小的特点。目前常用切削不锈钢的刀具材料有高速钢，硬质合金和金属陶瓷。

2.1 高速钢

这是一类高合金刃具钢，其中广泛应用的是Wl8Cr4V和W6Mo5Cr4V2Al，Wl8Cr4V这种材料做刀具其刀具耐用度较低，不符合高速车削的需要。可采用W6Mo5Cr4V2Al，这是一种新型高速钢刀具材料其硬度要较Wl8Cr4V高。

2.2 硬质合金

这是以一种或几种高熔点、高硬度的碳化物（如WC、TiC等）为基体，以金属钴（或镍）作为粘接剂，经粉末冶金法制成的材料。硬质合金由于其具有硬度高，热硬性高，弹性模量高，耐磨性好等优点，广泛用于制造高速切削的刀具。一般情况下，多数难加工材料都宜选择YG类硬质合金，在加工不锈钢Crl8Ni9是，不宜选择YT类硬质合金，因为在高温时Ni和Ti有较强的亲和作用，会使刀具的磨损加剧。根据《金属切削手册》，考虑选择YG8N。

2.3 金属陶瓷

金属陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高(91-95HRA)，耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时，磨损仅为P10(YT15)硬质合金刀具的1/15，刀具寿命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。另一方面，陶瓷刀具的缺点是脆性大，抗弯强度和抗热冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易产生裂纹。本次试验拟选择FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片。

为便于记录设定用A刀具代表W6Mo5Cr4V2Al，B刀具代表YG8N刀片，C刀具代表FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片。

3 高速车削Crl8Ni9不锈钢试验条件的设定

本次试验的机床采用湖北省荆州机床厂生产的CJK6136经济型数控车床，转速设定为1800r/min。工件几何尺寸设定为Φ40×120，本次试验选择的刀具前角γ=10度，后角α=6度，刃倾角λs=-5度，主偏角Kr=45度，副偏角Kr＇=5度，刀尖圆弧半径R=0.3m，刃口表面粗糙度约为Ra0.6～0.4µm。

4 高速车削Crl8Ni9不锈钢试验方法的设定

在本次试验中由于受条件人力、物力的限制，不能精确的测定刀具耐用度的时间，根据已有的一些经验，在本次试验中采用比较试验的方法。这种方法较为简单，可操作性强，并且可以便利于生产上应用，因此提供出来供科学研究及生产中参考、试验与研究。试验方法如下：

分别用W6Mo5Cr4V2Al，YG8N和陶瓷刀具做耐用度比较试验，用三种刀具对工件在相同的切削参数条件下，每次切削长度60mm，不停的循环切深切削，直到刀具磨损到加工表面质量不符合预定的Ra3.2要求位置为止，通过对切削次数的计算，能基本计算出刀具的耐用度。设定进给量f=0.1mm/r，背吃刀量ap（切削深度）ap=0.1mm。试验结果见表1如下。

表1 刀具耐用度试验表

5 试验结果分析—刀具材料对高速车削Cr18Ni9不锈钢的影响

通过试验可以发现，FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片的耐用度较好，其次是YG8N，W6Mo5Cr4V2Al要差一些，刀具磨损状态主要是刀尖磨损、沟槽磨损。

值得注意的是Crl8Ni9在高速车削的过程中产生了高温，有冒烟现象，使用W6Mo5Cr4V2Al刀具和使用YG8N刀片，都产生了不同程度的积屑瘤，而使用FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片时积屑瘤几乎不可见。由于W6Mo5Cr4V2Al刀具是整体式刀具，其它两种刀具都是机夹式刀具，而恰恰是整体刀具的积屑瘤情况最为严重，积屑瘤的产生也进一步使车削过程产生了高温，挤压了材料表面，降低了粗糙度，使刀具的耐用度急剧下降。因此在精加工这类的材料的时候，可考虑使用机夹刀具，同时加大冷却液的量，选择粘度较小的切削液以便更好的散热。采用YG8N刀片车削时虽然刀具的耐用度较采用FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片时的耐用度低，但考虑到YG8N刀片要较FD22型新型复合Al2O3陶瓷刀片便宜，两者在经济性上实际相差不大。

这种试验方法适合在特定的车削条件下进行比较选择，从而选择刀具和切削参数，但计算结果误差较大，不适合精确测定的场合，这种方法简单可行，可为工厂提供一些简单的数据。这里只做了不同材料刀具的耐用度试验，而不同切削参数条件下的试验，没有涉及，根据这种方法，相信也可以进行相同刀具，不同切削参数条件下的刀具耐用度试验。

[1]陈文琳.超细晶粒Ti（C，N）基金属陶瓷刀具与切削性能研究[J].合肥工业大学学报.2007（08）.

[2]伽晓义.高速切削加工技术和刀具技术的发展探讨[N].广西质量监督导报.2007（05）.

TG51 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）01-0023-02

杨晓勇（1981-），男，汉族，四川青神人，硕士，讲师，研究方向：材料加工工程。