【摘要】新产品的不断涌现对零件的材料提出了更高的要求，所需材料有时必须满足高硬度、高耐磨性、高韧性等特殊要求，由此产生了一批难加工材料，对加工工艺提出了更高的要求。本文以不锈钢等难加工材料为对象，结合我所加工遇到的实际问题，分析不锈钢的加工难点，并提出了切实有效的解决方法。
【关键词】不锈钢；切削加工；加工方法
1.引言
与优质碳素结构钢相比，不锈钢材料加入了Cr、Ni、N、Nb、Mo等合金元素。这些合金元素的增加，不仅提高了钢的耐蚀性，对不锈钢的机械性能也有一定影响。如马氏体不锈钢4Cr13与45号中碳钢相比，具有相同的含碳量，但相对切削加工性只有45钢的58%；奥氏体不锈1Cr18Ni9Ti只有40%，而奥氏体—铁素体双相不锈钢韧性高、切削性更差。
2.不锈钢材料切削难点分析
在实际加工中，切削不锈钢往往伴随着断刀、粘刀现象的发生。由于不锈钢在切削时塑性变形大，产生的切屑不易折断、易粘结，导致在切削过程中加工硬化严重，每一次走刀都对下一次切削产生硬化层，经过层层积累，不锈钢在切削过程中的硬度越来越大，需要的切削力也随之升高。
加工硬化层的产生、切削力的增高必然导致刀具与工件之间的摩擦增大，切削温度也随之升高。并且，不锈钢的导热系数较小，散热条件差，大量切削热集中刀具与工件之间，使已加工表面恶化，严重影响了已加工表面的质量。而且，切削温度的升高会加剧刀具磨损，使刀具前刀面产生月牙洼，切削刃产生缺口，从而影响工件表面质量，降低了工作效率，增加了生产成本。
3.提高不锈钢加工质量的方法
由上可以看出，不锈钢的加工比较困难，切削时易产生硬化层，容易断刀；产生的切屑不易折断，导致粘刀，会加剧刀具的磨损。针对不锈钢这些切削特点，结合生产实际，我们从刀具材料、切削参数及冷却方式三方面入手，找到提高不锈钢加工质量的方法。
3.1 刀具材料的选择
选择合适的刀具是加工出高质量零件的基础。刀具太差，加工不出合格的零件；选择过好的刀具，虽然能满足零件的表面质量要求，但容易造成浪费，提高了生产成本。结合不锈钢切削时散热条件差、产生加工硬化层、易粘刀等特点，选择的刀具材料应满足耐热性好、耐磨性高、与不锈钢亲和作用小的特点。
3.1.1 高速钢
高速钢是加入W、Mo、Cr、V、Go等合金元素的高合金工具钢，具有较好的工艺性能，强度和韧性配合好，抗冲击振动的能力较强。在高速切削产生高热情况下（约500℃）仍能保持高的硬度（HRC仍在60以上），高速钢红硬性好，适合制作铣刀、车刀等铣削刀具，可以满足不锈钢切削时产生的硬化层及散热性差等切削环境。
W18Cr4V是最典型的高速钢刀具，自1906年诞生以来，已经被广泛制作成各种刀具以满足切削加工的需要。但随着各种被加工材料机械性能的不断提高，W18Cr4V刀具已经不能满足难加工材料的加工要求。高性能的钴高速钢应时而生。与普通高速钢相比，钴高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性，适合高切除率加工和断续切削加工，常用牌号如W12Cr4V5Co5。
3.1.2 硬质合金钢
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴或镍、钼为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金具有强度和韧性较好，耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度高等一系列优良性能。在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，适合不锈钢、耐热钢等难加工材料的切削加工。常见硬质合金主要分为三类：YG类（钨钴类硬质合金）、YT类（钨钛钴类）、YW类（钨钛钽（铌）类），这三种合金的成分不同，用途也有很大差别。其中YG类硬质合金由于具有较好的韧性，导热性也较好，可以选择较大的前角，适合不锈钢的切削。
3.2 切削不锈钢刀具几何参数的选择
1）前角γo：结合不锈钢强度高、韧性好、切削时切屑不易被切离等特点，在保证刀具有足够强度的前提下，应选用较大的前角，这样既可以减小加工对象的塑性变形，也能够降低切削温度和切削力，同时减少硬化层的产生。
2）后角αo：增加后角将减小加工表面与后刀面的摩擦，但切削刃的散热能力和强度也随之降低。后角的大小取决于切削厚度，切削厚度大时，宜选较小后角。
3）主偏角kr、副偏角k′r、：主偏角kr的减小可增加刀刃工作长度，有利于散热，但在切削时会增加径向力，容易产生振动，常取kr值为50°～90°，若机床刚性不足，可适当加大。副偏角常取k′r=9°～15°。
4）刃倾角λs：为了增加刀尖强度，刃倾角一般取λs=7°～—3°。
3.3 切削液和冷去方式的选择
由于不锈钢的切削加工性较差，对切削液的冷却、润滑、渗透及清洗性能有更高的要求，常用的切削液有以下几类：
1）乳化液：比较常见的冷却方式，具有较好的冷却、清洗、润滑性能，常用于不锈钢粗车。
2）硫化油：切削过程中能在金属表面形成高熔点硫化物，而且在高温下不易破坏，具有良好的润滑作用，并有一定的冷却效果，一般用于钻孔、铰孔及攻丝。
3）机油、锭子油等矿物油：其润滑性能较好，但冷却和渗透性较差，适用于外圆精车。
在切削加工过程中应使切削液喷嘴对准切削区，或最好采用高压冷却，喷雾冷却等冷却方式。
4.以把手为例子，分析不锈钢铣削过程中的加工方法
该零件虽然结构简单，但零件材料为1Cr18Ni9Ti，属于奥氏体不锈钢，厚度12，切削量较大，加工硬化严重。若采用逆铣，则刀齿先在已经硬化的表面上滑行，加工硬化会更严重，所以此零件最好采用顺铣加工外形尺寸，以便减小加工硬化以及铣削时带来的冲击、振动，保护铣刀刀齿不易崩刃。不对称顺铣法能保证切削刃平稳地从金属中切离，切屑粘结接触面积小，在高速离心力的作用下易被甩掉，以免刀齿重新切入工件时，切屑冲击前刀面产生剥落和崩刃现象，提高刀具的耐用度，零件外形图见图1。
另外，选用哪种铣刀呢？针对上述不锈钢难加工的特点，我们发现铣削不锈钢的刀具应满足以下这些特点：切削刃要锋利，又要能承受冲击，容屑槽也要大。结合零件外形尺寸以及我所的实际生产，选用大螺旋角铣刀（包括圆柱铣刀、立铣刀）能够满足上述条件，同时若把所选刀具螺旋角从20°增加到40°，刀具耐用度也可提高1.5倍以上。
选择高速钢立铣刀，铣刀直径16，转速300r/min，进给量37.5mm/min铣出六面尺寸。由于不锈钢铣削时产生大量的热量，故应选择合适的冷却方式。理论上采用喷雾冷却法效果最为显著，可提高铣刀耐用度一倍以上，但这种冷却方式不适用于我们的工作场所，故这里采用10%乳化液冷却，并保证切削液流量达到充分冷却。钳工划出外形线，需要铣零件的外形尺寸。分析零件内腔有2—R4内角，需选用直径为8的铣刀。由于铣刀直径较小，转速高，故应选择刀耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小的硬质合金钢。因为硬质合金钢具有较高的硬度（70～175HRC），耐850℃～1000℃的高温，具有良好的耐磨性和耐热性以及高硬度，其切削速度也比高速钢刀具提高2到3倍，正适合这里的高速切削。加工过程中应勤于观察，及时清除刀齿周围的粘屑，防止粘刀，避免损伤已加工面。
5.结语
综上所述，虽然不锈钢的切削性差，具有加工硬化严重、切削力大、导热系数低、易粘刀、易磨损刀具等缺点，但只要找到合适的加工方法，采用合适的刀具、切削方式以及切削用量，选择合适的冷却液，在工作中勤于思考，不锈钢等难加工材料也就迎“刃”而解了。
作者简介：吴从好，江苏赣榆人，大学本科，助理工程师，主要研究方向：机械制造工艺。
