0 Cr25 Ni20奥氏体不锈钢铣削加工研究

２０１４年１月　第４２卷第２期　机床与液压　ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｊａｎ．２０１４　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．２　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１４．０２．００７　０Ｃｒ２５　Ｎｉ２０奥氏体不锈钢铣削加工研究　顾蓓，宋震宇，张夷，郑家骅，赵中华　（上海工程技术大学工程实训中心，上海２０１６２０）　摘要：数控铣削加工中刀具参数选择是关键。介绍了不锈钢材料的加工特点，回顾了铣削加工０Ｃｒ２５Ｎｉ２０奥氏体不锈　钢时存在的各种问题及其原因；通过选择不同的参数，得到不同的加工效果，从而分析铣削刀具参数对加工效果的影响，　及所带来的各种问题和原因。研究结论为铣削刀具参数的选择提出了建议。　关键词：不锈钢材料；铣削加工；数控机床；切削参数　中图分类号：ＴＮ３０５．９４；ＴＧ５０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３８８１（２０１４）２—０２０—２　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ＮＣ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　ｆｏｒ　０Ｃｒ２５Ｎｉ２０　Ａｕｓｔｎｉｔｅ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｓｔｅｅｌ　ＧＵ　Ｂｅｉ，ＳＯＮＧ　Ｚｈｅｎｙｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｉ，ＺＨＥＮＧ　Ｊｉａｈｕａ，ＺＨＡＯ　Ｚｈｏｎｇｈｕａ　（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗ　ｔｏ　ｃｈｏｏｓｅ　ｃｕｔｔｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂ—　ｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　０Ｃｒ２５Ｎｉ２０　ａｕｓｔｎｉｔｅ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｇａｉｎｅｄ，ＳＯ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｕｔｔｅｒ　ｐａｒａｒｎｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ０Ｃｒ２５Ｎｉ２０　ａｕｓｔｎｉｔｅ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｓ　，ｗｅｌｌ　ａｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎｓ．Ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｃｕｔｔｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ；Ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｇ；ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ；Ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　不锈钢材料加工难点主要有以下几个方面：切削　力大、切削温度高；该类型材料强度大，切削时切向　应力大、塑性变形大，因而切削力大。此外材料导热　（ｍ／ｍｉｎ）；Ｄ　为有效刀具直径（ｍｍ）；Ａ。为轴向切削　深度（ｍｍ）；Ａ　为切削宽度（ｍｍ）；Ｆ为进给　（ｍｍ／ｍｉｎ）；Ｆ　为每刃进给（ｍｍ／ｒ）；ｈ　为最大切　屑厚度。　性极差，造成切削温度升高，且高温往往集中在刀具　刃口附近的狭长区域内，从而加快了刀具的磨损。加　工硬化严重，奥氏体不锈钢以及一些高温合金不锈钢　均为奥氏体组织，切削时加工硬化倾向大，通常是普　２￣ｊＵ－ｒ零件、材料、设备、地点　实验地点：上海工程技术大学工程实训中心；　零件：六面体；　加工内容：铣平面，侧铣；　材料：０Ｃｒ２５Ｎｉ２０，ＨＢ１４０；　通碳素钢的数倍，刀具在加工硬化区域内切削，使刀　具寿命缩短。容易粘刀。无论是奥氏体不锈钢还是马　氏体不锈钢均存在加工时切屑强韧、切削温度很高的　特点。当强韧的切屑流经前刀面时，将产生粘结、熔　焊等粘刀现象，影响加工零件表面粗糙度。刀具磨损　加快，上述材料一般含高熔点元素、塑性大，切削温　度高，使刀具磨损加快，磨刀、换刀频繁，从而影响　了生产效率，提高了刀具使用成本。　机床：立式加工中心，三轴，ＢＴ５０。　３加工过程　实验一：铣刀：Ｒ３９０－０６３Ｑ２２—１７Ｌ，刀片：Ｒ３９０－　１７０４０８Ｍ—ＭＭ　２０３０；ｒｔ＝９００　ｒ／ｍｉｎ，　＝１８０　ｍ／ｍｉｎ；　０。＝２．０／１．０　ｍｍ，０　＝２０．０　ｍｍ，　：０．１　ｍｍ／齿；冷　却方式：乳化液。　实验结果：缺口（刻痕）磨损严重，出口飞边　严重，厚度约０．５　ｎｌｎｌ。　１　切削加工的计算方法　计算公式：Ｎ：（　×１　０００）／竹Ｄ　Ｄ　＝２×（Ａ　・（Ｄ—Ａ。））　Ｆ＝Ｎ・ＦＲ　寿命：约１　ｍｉｎ／刃。　实验二：铣刀：Ｒ３９０－０６３Ｑ２２－１７Ｌ，刀片：Ｒ３９０—　１７０４０８Ｍ—ＭＭ　２０３０；ｎ＝３５０　ｒ／ｍｉｎ，口　＝７０　ｍ／ｍｉｎ；　Ｆ　＝ｈ　・（Ｄ／（Ａ　・（Ｄ—Ａ　）））　式中：Ⅳ为转速（ｒ／ｍｉｎ）；　为实际切削速度　收稿日期：２０１２—１２—２７　０　＝２．０／１．０　ｍｍ，口　＝２０．０　ＩｎＩｎ，　＝０．１　ｍｍ／齿；冷　基金项目：中央财政０８５建设项目（０８５２０１１ＧＧＰＴ５１）；上海工程技术大学建设项目（￥２０１１２４００１）　作者简介：顾蓓（１９７７一），女，工学学士，工程师，研究方向为数控技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｂｅｉｊｕｎｒｕｉ＠１２６．ｅｏｍ。　第２期　顾蓓等：ＯＣｒ２５Ｎｉ２０奥氏体不锈钢铣削加工研究　・２１・　却方式：干铣。　实验结果：前刀面磨损（其中一刃轻微崩缺），　后刀面看不出磨损，出口飞边严重，厚度约０．５　ｍｉｎ。　寿命：约２　ｒａｉｎ／刃。　实验三：铣刀：Ｒ３９０－Ｏ３２Ａ３２—１７Ｍ，刀片：Ｒ３９０—　１７０４０８Ｍ－ＭＭ　２０３０；ｎ＝７００　ｒ／ｒａｉｎ，　＝７０　ｍ／ｒａｉｎ；　口。＝２．０　ｍｍ，口　＝２．０　ｍｉｌｌ，　＝０．２４　ｍｍ／齿；冷却方　式：压缩空气。　实验结果：刃口无严重磨损，后刀面看不出磨　损，出口飞边严重，厚度约０．５　ｍｍ。　加工时间：约２　ｍｉｎ。　实验四：采用实验３的刀具，未换刃口；ｎ＝７００　ｒ／ｒａｉｎ，口　＝７０　ｍ／ｍｉｎ；ａ。＝２．０　ｍｍ，０　＝３２　ｍｍ，　＝０．１２　ｍｍ／齿；冷却方式：压缩空气。　实验结果：刃口无严重磨损，后刀面看不出磨　损，出口飞边严重，厚度约０．５　ｍｍ。　加工时间：约２　ｒａｉｎ。　实验五：采用实验３的刀具，未换刃口；ｎ＝　１　０００　ｒ／ｒａｉｎ，口　＝１００　ｍ／ｍｉｎ；口＝２．０　ｍｍ，口　＝２．０　。ｍｍ，　：０．３　ｍｍ／齿，ｎ　：１０；冷却方式：压缩空　气。　实验结果：刃口磨损，出口飞边明显好于前面实　验。　加工时间：约３　ｍｉｎ。　实验六：采用实验３的刀具，更换刃口；几＝　１　２００　ｒ／ｒａｉｎ，　：１２０　ｍ／ｒａｉｎ；０：。５．０　ｍｍ，口。＝２．０　ｍｍ，　＝０．３３　ｍｍ／齿；冷却方式：压缩空气。　实验结果：刃口无磨损，出屑良好，出口飞边较　实验５更轻。　加工时间：约１　ｍｉｎ。　实验七：接着实验６的刀具，未换刃口；ｎ＝２　１００　ｒ／ｒａｉｎ，　＝２１０　ｍ／ｒａｉｎ；０。＝５．０　ｌｎ＇ｌｎ，口　＝１．５～　２．０　ｍｍ，　＝０．３３　ｍｍ／齿；ｎ　＝６；冷却方式：压缩　空气。　实验结果：刃口无磨损，出屑良好，基本上看不　到出口飞边，可忽略。　加工时间：约０．３　ｍｉｎ。　实验八：采用实验１的刀具，更换刃口；ｎ：　１　０６０　ｒ／ｒａｉｎ，　＝２１０　ｍ／ｒａｉｎ；口＝５．０　Ｉｎｍ，０　：　。０．８～２　ｍｎｌ，　＝０．４８　ｒａｍ／齿；冷却方式：压缩空气。　实验结果：刃口无磨损，出屑良好，基本上看不　到出口飞边，可忽略。　加工时间：约０．３　ｒａｉｎ。　实验九：接着实验８的刀具，未换刃口；ｎ＝　１　０６０　ｒ／ｒａｉｎ，　＝２１０　ｍ／ｒａｉｎ；０。＝５．０　ｍｍ，０　＝　０．８～２　ｍｍ，　＝０．３４　ｍｍ／齿，ｎ　＝４；冷却方式：压　缩空气。　实验结果：刃口无磨损，加工中有挤屑，工件表　面粘有铁屑；基本上看不到出口飞边，可忽略。　加工时间：约０．９　ｒａｉｎ。　实验十：采用实验七的刀具，未换刃口；ｎ＝　３　１００　ｒ／ｒａｉｎ，　＝３１０　ｍ／ｒａｉｎ；侧面：Ⅱ。＝５．０　ｍｍ，　ｎ　＝０．５　ｍｍ；底面ａ。＝１．０　ｎｌｉｎ，口。＝３２　ｎｌｒｎ；　＝　０．３３　ｍｍ／齿，　＝１；冷却方式：压缩空气。　实验结果：刃口无磨损，出屑良好，基本上看不　到出口飞边，可忽略。　加工时间：约０．１７　ｒａｉｎ。　４结束语　不锈钢材料在金属切削加工中属于难加工材料，　而奥氏体不锈钢类材料又是难中之难，无论其切削工　艺、加工成本及加工质量都为当前机械加工的难题。　通过不断探索寻找、确定最佳刀具几何角度、材料、　切削液等工艺，采用试验分析方法，确定奥氏体不锈　钢铣削工艺的方法，具有时间短、准确可靠、针对性　强的特点。通过分析对比，取得了合理的工艺参数。　实验结果表明，能较好地解决奥氏体不锈钢铣削加工　过程中存在的切削力大、切削温度高、刀具耐用度低　及生产效率低的问题，工件质量显著提高，基本解决　了奥氏体不锈钢切削难的问题。根据实验数据得出以　下结论，供大家参考：推荐线速度　＝２１０～３００　ｍ／ｒａｉｎ；铁屑厚度ｈ　＝０．０６—０．０８　ｍｍ；刀片槽型和　材质：Ｅ—ＭＭ　２０４０（粗加工），Ｅ．ＭＬ　２０４０（精加　工）；压缩空气冷却；良好的系统刚性（刀具、机床　等）。　参考文献：　【１】张宝国．超硬刀具在铝合金活塞加工中的应用与发展　［Ｊ］．制造技术与机床，２０１１（９）：１５１—１５４．　【２】邵军杰，安庆龙，陈明．奥氏体不锈钢平面铣削切削力和　表面粗糙度试验研究［Ｊ］．工具技术，２００８（１２）：６７—　６５．　【３】温秉权．金属材料手册［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２００９．　【４】上海市金属切削技术协会．金属切削手册［Ｍ］．上海：上　海科学技术出版社，２００３．　【５】刘党生．金属切削原理与刀具［Ｍ］．北京：北京理工大学　出版社，２００９．