1.概述

   通常，人們把含鉻量＞12%或含鎳量＞8%的合金鋼稱為不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質中具有一定的耐腐蝕能力，并在較高溫度（＞450℃）下具有較高的強度。含鉻量達16%～18%的鋼，稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，通稱為不銹鋼。

    含鉻量達12%以上的鋼在與氧化性介質接觸時，由于電化學作用，表面形成一層富鉻氧化膜，可保護金屬內部不受腐蝕。但在非氧化性腐蝕介質中，不能形成堅固的鈍化膜。為提高鋼的耐腐蝕能力，通常選擇增大鉻的比例或添加可促進鈍化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。這些合金元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時改變了鋼的內部組織和物理力學性能。其在鋼中的含量不同，對不銹鋼性能產生的影響不同，有的有磁性，有的則無磁性，有的能夠進行熱處理，有的則不能進行熱處理。

    不銹鋼被越來越廣泛地應用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品機械行業(yè)中。其所含的合金元素對切削加工性能影響較大，文中主要對不銹鋼的切削加工進行了分析。

    2.不銹鋼的分類及性能

    （1）按不銹鋼主要成分，分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。

    （2）按不銹鋼金相組織分類：①馬氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～18%，含碳量為0.1%～0.5%（有時達1%）。其硬度為170～217HBW，抗拉強度σb為540～1 079MPa，伸長率δ為10%～25%，熱導率к為25.12W/（m·K）。常見的牌號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。馬氏體不銹鋼通過淬火，可獲得較高的硬度、強度和耐磨性。然而，當鋼中含碳量低于0.3%時，組織不均勻，粘附性強，切削時易產生積屑瘤，且斷屑困難，切削加工性較差。當含碳量達0.4%～0.5%時，切削加工性較好。②鐵素體不銹鋼。其含鉻量為12%～13%。硬度為177～228HBW，抗拉強度σb為363～451MPa，伸長率δ為20%～22%，熱導率к為16.7W/（m·K）。加熱冷卻時組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，所以不能進行熱處理強化，只能靠變形強化，切削加工性相對較好。常見的牌號有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奧氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～25%，含鎳量為7%～20%（或20%以上）。硬度為187～207HBW，抗拉強度σb為481～520MPa，伸長率δ為40%，熱導率к為16.33W/（m·K）。典型牌號有1Cr18Ni9Ti，其他還有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奧氏體不銹鋼含有較多的鎳或錳，加熱時組織不變，故淬火不能使其強化，可通過冷加工硬化來大幅度提高強度和硬度，其硬化程度為基體硬度的1.4～2.2倍，給下一次切削帶來很大困難。其具有優(yōu)良的力學性能和良好的耐腐蝕能力，無磁性。④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量鐵素體，常見牌號有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。這類不銹鋼有硬度極高的金屬間化合物析出，強度比奧氏體不銹鋼高,切削加工性能比奧氏體不銹鋼更差。其硬度＜277HBW，抗拉強度σb為589～736MPa，伸長率δ為18%～30%。⑤沉淀硬化不銹鋼。這類不銹鋼因含有較高的鉻、鎳和極低的碳，還含有能起沉淀硬化作用的、鋁、鈦和鉬等合金元素，其在回火時析出，產生沉淀硬化，具有很高的硬度和強度。其硬度為363～388HBW，抗拉強度σb為1 138～1  324MPa，伸長率δ為5%～10%，這類鋼具有良好的耐腐蝕性能。常見牌號有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

   3.不銹鋼的切削特點

   不銹鋼的切削加工性能比45鋼差。若以45鋼的相對切削加工性Kr為1，則奧氏體不銹鋼的相對切削加工性Kr為0.4，鐵素體不銹鋼的Kr為0.48，馬氏體不銹鋼的Kr為0.55。其中以奧氏體和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的切削加工性差，給切削加工帶來很大困難，其特點如下：

    （1）切削加工硬化嚴重。以奧氏體和奧氏體 鐵素體不銹鋼的加工硬化現象為嚴重，硬化層的硬度比基體硬度高1.4～2.2倍，其抗拉強度σb為1 470～1 960MPa。這類不銹鋼塑性大（δ＞35%），塑性變形時晶格扭曲，故強化系數大，且奧氏體不穩(wěn)定，在切削力作用下，部分奧氏體轉變?yōu)轳R氏體。

   （2）切削力大。不銹鋼的高溫強度和硬度高且韌性大，故在切削時所消耗的能量大，即切削抗力大。以奧氏體不銹鋼為例，在切削過程中溫度高達700℃時，其綜合力學性能高于一般結構鋼。加之其在切削過程中的塑性變形大、硬化現象嚴重，增大了切削力，所以不銹鋼的單位切削力為45鋼單位切削力的1.25倍。

   （3）切削溫度高。由于不銹鋼在切削時的塑性變形大，切屑與刀具間的摩擦大，加之其熱導率僅為45鋼熱導率的1/3～1/4，散熱條件差，大量切削熱集中在切削區(qū)，在相同切削條件下，切削溫度比切削45鋼時高200℃。

   

刀具涂層技術

刀具涂層技術，為你的運用技術加冕

切削刀具表面涂層技術是近幾十年應市場需求展開起來的材料表面改性技術。選用涂層技術可有用前進切削刀具運用壽數，使刀具獲得尤秀的歸納機械功用，然后大幅度前進機械加工功率。

涂層的效果

1、前進硬質合金的耐磨性功用；

2、前進抗癢化功用；

3、減小抵觸；

4、前進抗金屬疲勞功用；

5、添加抗熱沖擊性。

涂層的特色

1、力學和切削功用好。

涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結合起來，既堅持了基體出色的耐性和較高的強度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數。因而，涂層刀具的切削速度與未涂層的比較，切削速度可前進2~5倍，運用涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。

2、通用性強。

涂層刀具通用性廣，加工規(guī)模明顯擴展，一種涂層刀具可以代替數種非涂層刀具運用，因而可以大大減少刀具的種類和庫存量，簡化刀具處理，下降刀具和設備本錢。

涂層的分類

依據涂層方法不同，涂層刀具可分為化學氣相堆積,涂層刀具、物理氣相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術。CVD涂層原理如圖a所示，PVD涂層原理如圖b所示。混合工藝是等離子輔助CVD技術與傳統的PVD技術進行有用的結合。比方先堆積傳統的CrN硬質涂層，再在上面堆積一層用于減少抵觸的DLC涂層。組合技術是涂層前對東西或零部件的表面層進行氮化，可以前進涂層的成效。

CVD涂層，堆積溫度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨損性優(yōu)異的TiCN、耐熱性非常優(yōu)異的Al2O3厚膜，因而在發(fā)生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數，CVD涂層如圖a所示。

PVD涂層，堆積溫度在500℃左右，一般用在與無涂層硬質合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下，以延伸刀具壽數為政策。對基體限制少、損害小，因而特別合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具，也適用于要求尖銳刃口的低進給加工與精加工或螺紋加工東西等，PVD涂層如圖b所示。

金剛石涂層選用CVD（化學蒸鍍法）在硬質合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相匹敵的硬度與導熱系數，在非鐵材料的加工中發(fā)揮著優(yōu)異的功用。金剛石涂層刀具因為其出色的切削功用，在切削加工范疇具有寬廣的運用前景，是加工石墨、金屬基復合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具，目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業(yè)。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。

金剛石涂層刀具安排

依據涂層材料的性質，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具尋求的主要政策是高的硬度和耐磨性，其主要長處是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂層?！败洝蓖繉拥毒呤沁x用固體潤滑劑如MoS2、WS2等制備的刀具，“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數，也稱為自潤滑刀具，它與工件材料的抵觸系數很低，只要0.1左右，可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。

涂層的結構

經過多年的展開，涂層的結構已經發(fā)生了許多改動，有了很大的改進。在涂層技術中，通常有以下五種不同的結構：

1、單層結構

望文生義，這種結構只要一層涂層。當我們在顯微鏡下觀察這種結構時，可以看見一些長柱形涂層結構。這種涂層很簡單涂覆，但也很簡單發(fā)生裂紋和破損。想象一下，當一個球擊中一束柱體時，這些柱體就會開始倒下，而裂紋簡單就能貫穿涂層，抵達基體。

2、多層結構

多層結構是由許多不同的單層結構互相堆疊在一起構成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結構的一個比如。多層結構涂層可將幾種涂層材料的特性結合在一起，形成耐性與硬度俱佳的表面。

3、納米多層結構

納米多層結構與多層結構本質上相同，但其層厚卻要薄得多：涂層厚度僅為原子級水平。

4、納米復合涂層結構

納米復合涂層選用了與硬質合金刀具相似的技術。這種納米結構將粘結相（例如硬質合金中的鈷）的耐性與納米復合涂層的硬度結合在一起。

5、梯度結構

該結構的涂層功用具有漸變性：涂層中心部分較軟而賦有彈性，而在接近表層時則變得堅固而耐磨。

涂層的選用

為了更好地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳成效，需求區(qū)分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理，而且都取決于實踐的運用。經歷指出，材料的抵觸和磨損都不是材料的原因，而是整個體系的原因。因而，在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系，包含零部件的技術功用、抗壓力規(guī)模以及磨損機理的類型。

硬質合金涂層的運用舉例

1、切削東西：鉆頭、刀片等。

2、耐磨東西，包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等

涂層展開前景

其時切削工業(yè)依然面臨著各種問題，其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。

來歷：《硬質合金刀具涂層的現狀及展開方向》

涂層是處理這些新難題的有用手段，涂層對硬質合金壽數的影響程度遠超過基體本身對壽數的影響程度，涂層技術的展開方向將是：

1、下降涂層工藝溫度

2、增強?；Y合力

3、研發(fā)更強韌的涂層材料

4、更加簡單易控的涂層工藝裝備

刀具是現代切削加工中極其關鍵的根底部件，其功能直接影響加工功率和已加工零件的表面質量。即使對刀具刃口進行細心的磨削，刀具刃區(qū)的描摹依然會存在細微缺點，然后降低刀具的壽數和加工質量。刀具刃口鈍化能夠延常刀具使用壽數50%-400%。因此，近年來刀具鈍化技能越來越受到重視。

國內外學者關于刀具刃口鈍化展開了大量的研討。Tugrul ozel選用切削軟件進行方真，研討了鈍化后的PCBN刀具切削鋁合金時的應力和切削力等的改變規(guī)則；P.I.Varela等研討了不同的刃口形狀對切削后的剩余應力及已加工零件的表面質量的影響，驗證了刀具刃口鈍化能夠有用提高加工表面質量；賈秀杰等選用切削實驗探究了鈍化后的刀具在不同的切削參數下切削工件時，產生的切削力和被加工零件的表面質量隨切削參數改變而改變的規(guī)則；朱曉雯選用了7種不同的鈍化工藝對硬質合金刀具進行鈍化處理，其間包含立式旋轉鈍化法，并經過實驗探究了不同鈍化方式對硬質合金刀具壽數的影響。

刀具鈍化刃口尺度歸于微米級，通常選用鈍圓半徑表征刃口概括。實際上，刀具鈍化的刃口概括并非規(guī)則的圓弧，僅僅選用鈍圓半徑不足以表征實際的鈍化概括。B.Denkena等提出了任何切削刃的非對稱問題K-factor方法，選用從極點刀尖1和刀尖2的比率Sa/Sγ即K因子來表示，邊緣的扁平度經過參數△γ和φ的比值來表示，這種方法相對簡單且可視化；C. F. Wyen等提出刀具刃口鈍化形狀的非對稱性問題，以一個圓的形式描繪刃口鈍化形狀，選用Da和Dγ的比率來測量垂直極點與兩邊的距離，選用R2≤0.9判定系數驗證。

目前通常選用K因子表示刀具鈍化非對稱刃口。當K=1時，刀具鈍化刃口為對稱刃口，即為鈍圓半徑。當K≠1時，刀具鈍化刃口為非對稱刃口。國內外關于刀具鈍化非對稱刃口機制的研討十分少C.E.H.Ventura等選用研磨法對CBN刀具進行鈍化，經過實驗驗證了不同的K因子對刀具刃口磨損的影響程度不同，選擇合適的K值以減少磨損；E.Bassett等選用磨料刷法對刀具進行鈍化，研討了不同K因子的非對稱刃口對涂層WC-Co刀具切削AISI1045的磨損和熱力散布的影響規(guī)則，經過實驗驗證了Sα值影響刀具壽數，主要是后刀面磨損。因此，對刀具非對稱刃口鈍化的研討是必要的。

本文選用刀具刃口鈍化進行正交實驗研討，對硬質合金刀具進行立式旋轉鈍化，經過對實驗成果進行數學回歸分析，研討了刀具鈍化非對稱刃口K因子隨不同鈍化參數的改變規(guī)則，為實現刀具鈍化刃口優(yōu)化供給依據。

1  刀具刃口鈍化實驗

如圖1所示，在立式旋轉鈍化機上進行刀具鈍化處理。刀具裝夾在刀盤上，刀盤固定在主軸上，由碳化硅、棕剛玉以及核桃粉按照必定配比組合成的分散固體磨粒裝在磨粒桶中。成組刀具在磨粒中實現公轉及自轉，單個刀具實現公轉及自轉，達到鈍化的意圖。

刀具選用標準號為ZX040的硬質合金立銑刀。刀具前角14°，后角15°，刃長25mm，直徑10mm，柄長75mm。

選用Alicona光學三維刀具測量儀對鈍化后的刀具非對稱刃口進行檢測（見圖2）。刀具鈍化非對稱刃口檢測成果如圖3所示。

依據鈍化速度、鈍化時刻、磨粒配比和磨粒粒度規(guī)劃正交實驗。其間，磨粒由棕剛玉和碳化硅組成，磨粒配比為碳化硅與棕剛玉的比值。刀具鈍化正交實驗成果見表1。

圖1  刀具刃口鈍化機    圖2  光學三維刀具測量儀

圖3  刀具鈍化非對稱刃口檢測成果

表1  刀具鈍化正交實驗

實驗成果表明，不同的鈍化參數對刀具非對稱刃口的影響程度不同。鈍化時刻對刀具非對稱刃口K因子的影響蕞大，磨粒配比與主軸轉速次之，磨粒粒度對刀具非對稱刃口K因子的影響蕞小。

2  刀具鈍化非對稱刃口模型的樹立

選用數學回歸法樹立刀具非對稱刃口K因子的猜測模型，把刀具鈍化4個鈍化參數作為自變量，刀具鈍化非對稱刃口K因子為因變量。依據正交實驗成果進行數學回歸，獲得刀具鈍化非對稱刃口K因子的猜測模型。

Y=1.352-0.00003651A-0.024B 0.000007221AD 0.004BD-0.002CD    （1）

式中，Y為因子；A為主軸轉速(mm/min)；B為鈍化時刻(min)；C為磨粒粒度(目數)；D為磨粒配比。

為查驗數學回歸法構造的的刀具鈍化非對稱刃口K因子模型能否較好地體現各自變量與因變量之間的函數關系，選用F查驗法進行顯著性查驗，K因子模型的F法查驗，成果見表2。

查F散布表，當α=0.05 時，F=（4，4）=6.39，因為F比16.591>6.39，從刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的F查驗法的查驗成果可知，該猜測模型能夠較好地反映刀具鈍化非對稱刃口K因子與主軸轉速、鈍化時刻、磨粒粒度和磨粒配比之間的關系。

表2  刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的方差分析表

小結

選用立式旋轉鈍化法進行刀具刃口鈍化實驗，經過正交實驗研討刀具鈍化非對稱刃口K因子隨鈍化參數的改變規(guī)則，對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響蕞大的是鈍化時刻，其次是磨粒配比與主軸轉速，磨粒粒度對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響蕞小。選用數學回歸方法樹立了刀具鈍化非對稱刃口K因子的猜測模型，選用方差分析驗證了該模型的正確性。

國產數控刀具蕞大優(yōu)勢是“性價比高”，質優(yōu)價廉、靠近出產、經濟適用。國產刀具向用戶傳遞自己的優(yōu)勢理念是：以質優(yōu)價廉供給高切削出產功率，降低總制作本錢。

切削技能落后是金屬加工職業(yè)功率低下的首要原因之一。高功率的數控設備運用低性能的切削，不能充分發(fā)揮設備優(yōu)勢，相反還會形成更大的資源浪費。曾經，我們一說到數控，首先想到的就是價格昂貴的國外品牌，一些產品附加值較低的企業(yè)難以承受。受此影響，數控首要使用于數控機床的精加工階段，大多數普通機床依然運用廉價的焊接，正常磨損后，進行屢次重磨。磨刀難，磨好刀更難，操作者除了熟練掌握磨刀辦法與操作要領，還要有很高的領悟才干領會其中的微妙。十年苦功，上千把車刀鑄就一名高擋車工。老師傅在磨刀方面確實堆集了很多經歷和技巧，一把普通的焊接車刀磨完后鐾一次，可以連續(xù)運用十幾個小時，比數控刀片還耐用，但這樣的技能工人畢竟是百里挑一。

此外，在現代企業(yè)以流水線為主的出產模式中，工序之間的聯接沒有一點空隙，能夠靜下心來磨刀，是件困難的事。因而，恰當加大投入，將出產工人從繁瑣的磨刀勞動中解放出來，集中精力、聚精會神地操作機床是進步出產功率的要害一步。

隨著商場競爭的日趨激烈，通用機械加工職業(yè)的贏利越來越薄。盡管數控帶來的正價值，遠遠超越為此添加的本錢，以精打細算起家的民營企業(yè)，依然期望以少的耗費交換蕞大的效益。在滿意加工要求的前提下，他們會盡量挑選低價位的。國產數控起步較晚，盡管展開快，但是在高新技能和制作工藝上仍和國外存在一定距離，不過全體上有著明顯的優(yōu)勢：價格合理、供貨及時、用戶可以面對面地與制作商交流經歷，一起探討運用中遇到的困惑和處理辦法;按照自己的目的定制各種非標等等，這些優(yōu)勢都是企業(yè)關注的焦點。

以數控機床為主的精細切削中，毛坯余量很小，進給量也不可能放的太快，進步出產功率的首要途徑就是高速切削，這恰恰是一些涂層的強項。一些質量過硬的國產，歷經風雨崎嶇，商場占有率有了很大提高，以安穩(wěn)的切削性能贏得用戶的青睞。為了滿意不同職業(yè)的用戶要求，制作商也競相供給的和配套的效勞。與國外品牌相比，國產的蕞大特點是性價比高、有用性墻、效勞周到，代表著同職業(yè)先進的切削技能和制作工藝。國產在金屬加工范疇的中小企業(yè)中有著很好的商場和展開空間，越來越多的用戶與當地商展開技能交流和項目合作，在新產品開發(fā)和制作進程中獲取相關的計劃與技能支持。

每一種產品都有著自己的加工特征和切削規(guī)律，不選貴的，只選有用的，合適自己的就是蕞好的。在出產條件允許的情況下，廣泛運用國產，可以節(jié)約很多的費用，這些都是工廠的贏利。有些鍛造毛坯和特殊工序，也沒有必要選購高價位的。根據金屬加工的經歷，在新產品試制進程中，有70%的損壞都是由于各種外在原因形成的，磨損程度遠沒有到達正常的運用壽命。將國產刀具的杰出性能和歸納優(yōu)勢，計算成用戶看得見的出產功率和經濟效益，這筆賬算得越清楚，用戶的購買力就越充分，等到用戶承受了自己的切削理念，國產的遍及使用就成功了一半。

國產刀具蕞大的優(yōu)勢是靠近出產，經濟適用。上世紀50年代，技工大師們發(fā)明的群鉆和75°強力車刀，都創(chuàng)造了切削施上的奇跡。國產在規(guī)劃和制作進程中，通過學習同職業(yè)的先進技能，融入工廠的實踐經歷，不斷開發(fā)出適應性更強的專用。每一款新產品的上市，都將帶動相關范疇的切削技能躍上一個新的臺階。正是依靠這種從實際出發(fā)，為用戶效勞的理念，國產在研制進程和結構創(chuàng)新中不斷堆集經歷，與用戶互利共贏。以、有用的切削技能，推動機械加工職業(yè)的快速展開。