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摘要：不锈钢材料韧性大、塑性好、高温强度高、导热性差、化学亲合能力强，加工硬化倾向严重。车削时切屑强韧不易折断，切削温度高而容易粘刀和产生积屑瘤，因而刀具耐用度不高。而通过选择合理的刀具材料、刀具几何角度、切削用量和良好的冷却润滑使刀具的使用寿命增加，表面质量和生产率提高。
关键词：不锈钢切削加工、刀具参数、切削用量、冷却润滑、技巧
1.不锈钢材料的分类和切削特性
不锈钢按化学成分可分为两类：铬不锈钢（含铬量12%、17%和27%等）和铬镍不锈钢（含铬量17%～20%、含镍量8%～11%）。按金相组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢、沉淀硬化不锈钢。前两类的合金元素以铬为主，在淬火—回火或退火、调质状态下使用，综合性能优良，一般切削加工并不困难。后两类的合金元素以铬、镍为主，在淬火后程奥氏体+铁素体状态下使用，切削加工性差。
不锈钢切削的特点：
1.1.不锈钢加工切削力较大，且断屑、排屑困难；
1.2.不锈钢加工的加工硬化严重；
1.3.不锈钢加工刀具磨损严重；
1.4.不锈钢加工时易产生积屑瘤，影响零件表面质量；
1.5.不锈钢加工时零件的尺寸精度不易控制；
1.6.不锈钢铸件和锻件毛坯有硬度较高氧化皮，给车削加工带来困难。
2.合理选用加工刀具
合理选择加工刀具是进行不锈钢加工的重要先决条件。不锈钢加工刀具必须具有较高的强度、硬度、韧性、耐热性、耐磨性且应该不易与不锈钢发生黏附。
常用于车削不锈钢的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类。形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。对于较简单的刀具，刀具材料应选用强度高、耐磨性好、导热性好的硬质合金。常用的硬质合金材料中，YG6和YG8用于粗车、半精车及切断，其切削速度V0=50～70m/min，若充分冷却，可以提高刀具寿命；YT5、YT15和YG6X用于半精车和精车，其切削速度V0=120～150m/min，挡车削薄壁零件时，为减少热变形，要充分冷却；但在加工奥氏体不锈钢时（如1Gr18Ni9Ti），不宜选用YT类硬质合金，由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把硬质合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。YW1和YW2可用于粗车和精车，切削速度可提高10%～20%，且刀具寿命较高。采用新牌号硬质合金，如：813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不锈钢可获得较好的效果。如用813牌号硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢效果很好，因为813合金既具有较高的硬度（大于等于HRA91）、强度（b=1570Mpa），又具有良好的高温韧性、抗氧化性、抗粘合性，其组织致密，耐磨性好。高速钢W12Gr4V4Mo和W2Mo9Gr4VCo8用于具有较高精度螺纹、成形面及沟槽等的精车，其切削速度V0=25m/min，在车削时，使用切削液进行冷却，以减小零件表面粗糙度值和刀具磨损；W18Cr4V用于车削螺纹、成形面、沟槽及切断等，其切削速度V0=20m/min。
3.合理选择刀具几何角度
刀具切削部分几何角度，直接影响着不锈钢工件进行切削加工时的切削力、被加工表面的表面粗糙度、生产率、刀具的寿命、加工硬化等诸多方面。合理选择刀具几何角度不仅可以提高工件的加工质量和加工效率，还可以显著降低加工成本（如降低刀具的更换频率和废品率等）。
3.1.前角γ0
进行不锈钢切削时，应该在不降低刀具强度的前提下，适当提高前角。刀具前角的适当提高会降低刀具的塑性变形能力、切削热及切削力，加工硬化趋势也会随之减轻，相应地，刀具耐用度会显著提高（前角大致为12 o ～20o）。因此，硬质合金车刀车削不锈钢材料时，若为轧制锻坯，则可取γ0=12 o ～20o，若工件为铸件γ0=10 o ～15o；奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢，前角应取较小值，对未经调质处理或调质后硬度较低的不锈钢，可取较大前角，直径小或薄壁工件，宜采取较大的前角。
3.2.后角α0
车刀的后角亦应稍大。不锈钢韧性大，已加工表面回弹量大，若刀具后角过小，则刀具后面和已加工表面摩擦严重，既增大切削力、切削热，又影响加工表面质量，同时，使刀具寿命降低。一般取α0=6 o ～12 o。
3.3.主偏角κ
主偏角选取应适当。主偏角小，切削刃工作长度增加，刀尖角增大，散热性好，刀具寿命相对提高，但在工艺系统刚性不足时，切削时容易产生振动，用硬质合金车刀加工不锈钢，一般情况下主偏角粗车时为60 o ～75 o，精车时为90 o。
3.4.刃倾角λ
刃倾角的选择应适当。刃倾角影响排屑的形成、排屑的方向以及刀头强度。由于已采用较大的前角，刀尖强度会有所削弱。为增强刀尖强度又不使背向分力增加过大，通常取λ=0 o ～-5 o，在车削冲击性不锈钢时，可取λ=-5 o ～-15 o。
3.5.排屑槽圆弧半径R
由于切削不锈钢时不易断屑，如果排屑不好，铁屑飞溅易伤人和损坏工件已加工表面。因此，在前刀面上磨出的排屑槽一般要求直线段与R联接润滑或取全圆弧槽型，并延主刀刃呈外斜式斜角，促使切屑易于卷曲，便于排屑或断屑。圆弧半径一般取2～7mm，槽宽3～6.5mm，槽深0.5～1.3mm。一般情况下，粗车时，ap、f大时，应宽而浅；精车时，ap、f小时，应窄而深。
3.6.负倒棱
刃磨负倒棱的目的在于提高切削刃强度，并将切削热量分散到前面和后面，以减轻切削刃磨损，提高刀具寿命。其大小应根据被切削材料的强度、硬度，刀具材料的抗弯强度、进给量大小决定。倒棱宽度和负角均不宜过大。一般当工件材料强度和硬度越高，刀具材料抗弯强度越低，进给量越大时，倒棱的宽度和负角值应越大。当背吃刀量ap<2mm、进给量f<0.3mm/r时，倒棱宽度等于进给量的0.3～0.5倍，倒棱前角等于-5 o ～-10 o，当背吃刀量ap ≥2mm、进给量≤0.7mm/r时，取倒棱宽度等于进给量的0.5～0.8倍，倒棱前角等于-25 o。 3.7.切削的刃磨要点
切削刃要锋利，刃口不许有锯齿形；车刀前面、后面及倒棱面的表面粗糙度值Ra<0.8μm，用磨石精研刀面的要平整，不得改变切削刃处得实际前、后角大小。
4.合理选择切削用量
切削用量对加工不锈钢时的加工硬化、切削力、切削热等有很大影响，特别是对刀具耐用度的影响较大。选择的切削用量合理与否，将直接影响切削效果。
4.1.切削速度ν
切削速度过高，切削温度就会大幅提高，刀具磨损加快，耐用度则大幅下降；但若过低，又容易产生积屑瘤，既影响刀具耐用度，也降低工件表面质量。一般按车削普通碳素钢的40%～60%（粗车ν=50～70m/min，精车ν=120～150m/min）。
4.2.切削深度ap
粗加工时余量较大，应选用较大的切深，可减少走刀次数，同时避免刀尖与毛坯表皮接触，减轻刀具磨损，可选ap=2～7mm。精车加工可选用较小的切削深度，还要避开硬化层，一般采用ap=0.2～0.8mm。
4.3.进给量f
进给量的增大不仅受到机床动力的限制，而且切削残留高度和积屑瘤高度都随进给量的增加而增大，因此，进给量不能过大。粗车进给量f=0.2～0.8mm /r，精车进给量为f=0.1～0.3mm/r，并且注意切削刃不能在切削表面停留。
5.不锈钢切削加工时切削液的选择和加工技巧
由于不锈钢切削加工性差，对切削液的冷却、润滑、渗透及清洗性能有更高的要求，一般采用兑水比例为1：15的乳化液。
5.1.生产实践中，为了加大切屑变形，提高刀尖强度与散热能力，通常采用双刃倾角车刀。这样，既取得良好的断屑效果，也加宽了断屑范围。第一刃倾角λ1≥0o，第二刃倾角在接近刀尖部位，λ2= -20o，第二刃倾角的刃长为ap/3，当双刃倾角车刀（见图一）的前角Y=20o，后角α=6 o ～8 o，主偏角κ=90 o或75 o，倒棱前角-10o，刀尖半径R=0.15～0.2mm时，在V=80～100mm/min，f=0.2～0.3mm/r，ap=4～15mm的条件切削，断屑效果良好，刀具耐用度高。
5.2.不锈钢加工时应适当增大底孔直径。在不锈钢上攻丝比在普通钢材上攻丝困难的多。经常出现由于扭矩大，丝锥被“咬死”在螺纹孔中、崩齿或折断，螺纹表面不光，沟纹、尺寸超差，乱扣和丝锥磨损严重等现象，为解决以上问题，可将螺纹底孔适当增大。
5.3.在不锈钢切削加工过程中，使用一些日常用品进行冷却润滑，能取得很好的效果。如果在车削内外圆、车螺纹、攻丝时，使用食用油、猪油进行冷却润滑，不但能取得良好的表面光洁度，而且能使刀具、丝锥的使用寿命提高25%～30%。
6.结语
通过上述分析，不锈钢材料的切削加工应综合考虑到刀具的材料、切削用量、冷却润滑等方面，还应注意一些针对不锈钢材料的切削加工技巧，才能保证不锈钢加工的质量。
参考文献：
[1] 《车工》1996年 中国铁道出版社
[2] 《车工》1990年 中国工人出版社
[3] 《车工》2006年 机械工业出版社
[4] 《车工技师册》2012年 机械工业出版社
关键词：不锈钢切削加工、刀具参数、切削用量、冷却润滑、技巧
1.不锈钢材料的分类和切削特性
不锈钢按化学成分可分为两类：铬不锈钢（含铬量12%、17%和27%等）和铬镍不锈钢（含铬量17%～20%、含镍量8%～11%）。按金相组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢、沉淀硬化不锈钢。前两类的合金元素以铬为主，在淬火—回火或退火、调质状态下使用，综合性能优良，一般切削加工并不困难。后两类的合金元素以铬、镍为主，在淬火后程奥氏体+铁素体状态下使用，切削加工性差。
不锈钢切削的特点：
1.1.不锈钢加工切削力较大，且断屑、排屑困难；
1.2.不锈钢加工的加工硬化严重；
1.3.不锈钢加工刀具磨损严重；
1.4.不锈钢加工时易产生积屑瘤，影响零件表面质量；
1.5.不锈钢加工时零件的尺寸精度不易控制；
1.6.不锈钢铸件和锻件毛坯有硬度较高氧化皮，给车削加工带来困难。
2.合理选用加工刀具
合理选择加工刀具是进行不锈钢加工的重要先决条件。不锈钢加工刀具必须具有较高的强度、硬度、韧性、耐热性、耐磨性且应该不易与不锈钢发生黏附。
常用于车削不锈钢的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类。形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。对于较简单的刀具，刀具材料应选用强度高、耐磨性好、导热性好的硬质合金。常用的硬质合金材料中，YG6和YG8用于粗车、半精车及切断，其切削速度V0=50～70m/min，若充分冷却，可以提高刀具寿命；YT5、YT15和YG6X用于半精车和精车，其切削速度V0=120～150m/min，挡车削薄壁零件时，为减少热变形，要充分冷却；但在加工奥氏体不锈钢时（如1Gr18Ni9Ti），不宜选用YT类硬质合金，由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把硬质合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。YW1和YW2可用于粗车和精车，切削速度可提高10%～20%，且刀具寿命较高。采用新牌号硬质合金，如：813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不锈钢可获得较好的效果。如用813牌号硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢效果很好，因为813合金既具有较高的硬度（大于等于HRA91）、强度（b=1570Mpa），又具有良好的高温韧性、抗氧化性、抗粘合性，其组织致密，耐磨性好。高速钢W12Gr4V4Mo和W2Mo9Gr4VCo8用于具有较高精度螺纹、成形面及沟槽等的精车，其切削速度V0=25m/min，在车削时，使用切削液进行冷却，以减小零件表面粗糙度值和刀具磨损；W18Cr4V用于车削螺纹、成形面、沟槽及切断等，其切削速度V0=20m/min。
3.合理选择刀具几何角度
刀具切削部分几何角度，直接影响着不锈钢工件进行切削加工时的切削力、被加工表面的表面粗糙度、生产率、刀具的寿命、加工硬化等诸多方面。合理选择刀具几何角度不仅可以提高工件的加工质量和加工效率，还可以显著降低加工成本（如降低刀具的更换频率和废品率等）。
3.1.前角γ0
进行不锈钢切削时，应该在不降低刀具强度的前提下，适当提高前角。刀具前角的适当提高会降低刀具的塑性变形能力、切削热及切削力，加工硬化趋势也会随之减轻，相应地，刀具耐用度会显著提高（前角大致为12 o ～20o）。因此，硬质合金车刀车削不锈钢材料时，若为轧制锻坯，则可取γ0=12 o ～20o，若工件为铸件γ0=10 o ～15o；奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢，前角应取较小值，对未经调质处理或调质后硬度较低的不锈钢，可取较大前角，直径小或薄壁工件，宜采取较大的前角。
3.2.后角α0
车刀的后角亦应稍大。不锈钢韧性大，已加工表面回弹量大，若刀具后角过小，则刀具后面和已加工表面摩擦严重，既增大切削力、切削热，又影响加工表面质量，同时，使刀具寿命降低。一般取α0=6 o ～12 o。
3.3.主偏角κ
主偏角选取应适当。主偏角小，切削刃工作长度增加，刀尖角增大，散热性好，刀具寿命相对提高，但在工艺系统刚性不足时，切削时容易产生振动，用硬质合金车刀加工不锈钢，一般情况下主偏角粗车时为60 o ～75 o，精车时为90 o。
3.4.刃倾角λ
刃倾角的选择应适当。刃倾角影响排屑的形成、排屑的方向以及刀头强度。由于已采用较大的前角，刀尖强度会有所削弱。为增强刀尖强度又不使背向分力增加过大，通常取λ=0 o ～-5 o，在车削冲击性不锈钢时，可取λ=-5 o ～-15 o。
3.5.排屑槽圆弧半径R
由于切削不锈钢时不易断屑，如果排屑不好，铁屑飞溅易伤人和损坏工件已加工表面。因此，在前刀面上磨出的排屑槽一般要求直线段与R联接润滑或取全圆弧槽型，并延主刀刃呈外斜式斜角，促使切屑易于卷曲，便于排屑或断屑。圆弧半径一般取2～7mm，槽宽3～6.5mm，槽深0.5～1.3mm。一般情况下，粗车时，ap、f大时，应宽而浅；精车时，ap、f小时，应窄而深。
3.6.负倒棱
刃磨负倒棱的目的在于提高切削刃强度，并将切削热量分散到前面和后面，以减轻切削刃磨损，提高刀具寿命。其大小应根据被切削材料的强度、硬度，刀具材料的抗弯强度、进给量大小决定。倒棱宽度和负角均不宜过大。一般当工件材料强度和硬度越高，刀具材料抗弯强度越低，进给量越大时，倒棱的宽度和负角值应越大。当背吃刀量ap<2mm、进给量f<0.3mm/r时，倒棱宽度等于进给量的0.3～0.5倍，倒棱前角等于-5 o ～-10 o，当背吃刀量ap ≥2mm、进给量≤0.7mm/r时，取倒棱宽度等于进给量的0.5～0.8倍，倒棱前角等于-25 o。 3.7.切削的刃磨要点
切削刃要锋利，刃口不许有锯齿形；车刀前面、后面及倒棱面的表面粗糙度值Ra<0.8μm，用磨石精研刀面的要平整，不得改变切削刃处得实际前、后角大小。
4.合理选择切削用量
切削用量对加工不锈钢时的加工硬化、切削力、切削热等有很大影响，特别是对刀具耐用度的影响较大。选择的切削用量合理与否，将直接影响切削效果。
4.1.切削速度ν
切削速度过高，切削温度就会大幅提高，刀具磨损加快，耐用度则大幅下降；但若过低，又容易产生积屑瘤，既影响刀具耐用度，也降低工件表面质量。一般按车削普通碳素钢的40%～60%（粗车ν=50～70m/min，精车ν=120～150m/min）。
4.2.切削深度ap
粗加工时余量较大，应选用较大的切深，可减少走刀次数，同时避免刀尖与毛坯表皮接触，减轻刀具磨损，可选ap=2～7mm。精车加工可选用较小的切削深度，还要避开硬化层，一般采用ap=0.2～0.8mm。
4.3.进给量f
进给量的增大不仅受到机床动力的限制，而且切削残留高度和积屑瘤高度都随进给量的增加而增大，因此，进给量不能过大。粗车进给量f=0.2～0.8mm /r，精车进给量为f=0.1～0.3mm/r，并且注意切削刃不能在切削表面停留。
5.不锈钢切削加工时切削液的选择和加工技巧
由于不锈钢切削加工性差，对切削液的冷却、润滑、渗透及清洗性能有更高的要求，一般采用兑水比例为1：15的乳化液。
5.1.生产实践中，为了加大切屑变形，提高刀尖强度与散热能力，通常采用双刃倾角车刀。这样，既取得良好的断屑效果，也加宽了断屑范围。第一刃倾角λ1≥0o，第二刃倾角在接近刀尖部位，λ2= -20o，第二刃倾角的刃长为ap/3，当双刃倾角车刀（见图一）的前角Y=20o，后角α=6 o ～8 o，主偏角κ=90 o或75 o，倒棱前角-10o，刀尖半径R=0.15～0.2mm时，在V=80～100mm/min，f=0.2～0.3mm/r，ap=4～15mm的条件切削，断屑效果良好，刀具耐用度高。
5.2.不锈钢加工时应适当增大底孔直径。在不锈钢上攻丝比在普通钢材上攻丝困难的多。经常出现由于扭矩大，丝锥被“咬死”在螺纹孔中、崩齿或折断，螺纹表面不光，沟纹、尺寸超差，乱扣和丝锥磨损严重等现象，为解决以上问题，可将螺纹底孔适当增大。
5.3.在不锈钢切削加工过程中，使用一些日常用品进行冷却润滑，能取得很好的效果。如果在车削内外圆、车螺纹、攻丝时，使用食用油、猪油进行冷却润滑，不但能取得良好的表面光洁度，而且能使刀具、丝锥的使用寿命提高25%～30%。
6.结语
通过上述分析，不锈钢材料的切削加工应综合考虑到刀具的材料、切削用量、冷却润滑等方面，还应注意一些针对不锈钢材料的切削加工技巧，才能保证不锈钢加工的质量。
参考文献：
[1] 《车工》1996年 中国铁道出版社
[2] 《车工》1990年 中国工人出版社
[3] 《车工》2006年 机械工业出版社
[4] 《车工技师册》2012年 机械工业出版社