高精度车削特种金属材料

1.不锈钢的车削

（1）不锈钢的车削特点 不锈钢按化学成分可分为铬不锈钢（如Cr13、4Cr14等）和铬镍不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）。不锈钢的车削特点如下：

1）不锈钢的高温强度和高温硬度高，如奥氏体不锈钢在温度高达700℃时仍不降低其力学性能，使切削加工困难，切削阻力大。

2）塑性大，韧性好，切削变形大，相应的切削力、切削热也大。

3）导热性差，热导率为中碳钢的1/4～1/2，因此车刀上的切削温度较高，使车刀磨损加快。

4）黏附性强，在切削过程中，切屑容易黏附在刀具上而产生积屑瘤，不易获得表面质量好的加工表面，切削刃容易磨损。

5）不锈钢的加工表面易产生冷硬现象，加剧车刀的磨损。

6）韧性大，切屑不易折断、卷曲，在切削过程中，容易堵屑，影响表面质量及损坏切削刃。

（2）车不锈钢车刀的几何参数选择 刀具切削部分材料应选用硬度高、韧性和耐热性好、与不锈钢黏附性小的刀具材料。采用高速钢时，应选用含钴高速钢和含钼的超硬型高速钢，如W2Mo9Cr4VCo8等；采用硬质合金时，宜选用YG类，如YG8、YG6、YG8N及YG6X等。一般不采用YT类，或使用加入碳化铌的YWl、YW2。

车刀的几何参数选择如下：

1）前角一般选γ_o=12°～30°。加工马氏体不锈钢（如2Cr13）时，前角可取较大值；加工奥氏体+铁素体不锈钢时，前角取较小值；加工硬度较低的不锈钢时，可取较大前角。

2）后角一般取α_o=6°～12°，切削厚度小时，宜选较大后角。

3）主偏角一般选，κ_r=60°～75°。

4）副偏角尽可能选小些，粗车外圆时可取κ_r′=8°～15°；精车外圆时可以选得大一些，但要保证刀尖角不小于90°。

5）刃倾角一般取负值，即λ_s=-8°～-3°，断续切削时，取绝对值较大的负值，即λ_s=-10°～-5°。

6）刀尖圆弧半径r_ε=0.5～1mm，为了便于切屑的排出和卷曲，多采用圆弧形卷屑槽。

（3）车不锈钢车刀实例

实例1 图2-228所示为车不锈钢90°外圆车刀，刀具特点如下：

1）刀片材料：YG8硬质合金。

2）车刀特点：车刀的主要特点是由较大的前角和圆弧形卷屑槽组成。卷屑槽斜角为15°形成前宽后窄的形状，使切屑向待加工表面方向翻转，并在碰到刀具后面或工件的过渡表面时折断。

3）切削用量：在v_c=120～150m/min，f=0.2～0.4mm/r，a_p=1～2mm范围内切削顺利，具有良好的断屑效果。

4）应用范围：适合于车削1Cr18Ni9Ti不锈钢刚性较差的轴类工件。

实例2 图2-229所示为车不锈钢45°外圆车刀、刀具特点如下：

1）刀片材料：YW1硬质合金。

2）刀具特点：车刀具有极窄（b_r1=0.1mm）而倾度较大（γ_o1=-10°）的负倒棱，以及前角γ_o=12°～15°与R=10mm的圆弧组成的卷屑槽，以增加强度，达到顺利断屑，克服“黏刀”现象，刀具寿命高。刀尖圆弧半径较大，散热性良好。加工表面粗糙度Ra值可达3.2～1.6μm。

3）切削用量：v_c=120～180m/min；f=0.4～1mm/r；a_p=4～7mm。

4）应用范围：在CA6140型卧式车床上，适用于半精车铬镍系统的不锈钢。

图2-228 车不锈钢90°外圆车刀

图2-229 车不锈钢45°外圆车刀

实例3 图2-230所示为切不锈钢切断刀，刀具特点如下：

图2-230 切不锈钢切断刀

1）刀片材料：YW1硬质合金。

2）刀具特点：具有极窄（b_r1=0.1～0.15mm）而倾度大（γ_o1=-30°～-20°）的倒棱；以及有12°～15°的前角与R=10mm的圆弧连成的卷屑槽，使切削力减小，适应加大进给量来进行切断。同时克服因不锈钢切屑黏结刀尖而造成崩刃的缺点，切屑排出顺利。

3）切削用量：v_c=120～200m/min；f=0.2～0.5mm/r。

4）应用范围：在CA6140型或CA630型卧式车床上切断如1Cr18Ni9Ti等不锈钢工件。

2.车淬硬钢车刀

（1）淬硬钢的车削特点 在车削过程中，有时会遇到经淬火后钢的硬度在40～60HRC。这类淬硬钢的车削特点是：

1）淬硬钢硬度高，单位切削阻力大，如45钢硬度为44HRC时，较正火状态下的单位切削阻力高35%。

2）淬硬钢热导率低，由于切削阻力大，切削温度高，如硬度为44HRC的45钢的切削温度，比正火状态下高45%左右，这样使刀具磨损加剧，容易破损。

3）淬硬钢经淬火后，塑性降低，因此切削过程塑性变形小，不易产生积屑瘤，可减小加工表面粗糙度值。

（2）车淬硬钢车刀几何参数的选择 车刀切削部分材料应选用耐热性、耐磨性较好，硬度较高的硬质合金刀具材料。如粗车时选用YT5、YW2；半精车与精车时选用YT30、YN10、YH1和YH2。

车刀的几何参数选择如下：

1）前角一般选用γ_o=0°～-10°，硬度越高，前角的绝对值应越大，当选用γ_o=0°时，需磨出2～3mm宽的负倒棱。

2）后角选用α_o=6°～10°。

3）主偏角一般取κ_r=30°～60°，如工艺系统刚性较好，可取较小主偏角。

4）副偏角一般取κ_r′=6°～15°，半精车取大值，精车取小值。

5）刃倾角取λ_s=-5°～0°，半精车取绝对值较大负值，精车取λ_s=0°，在冲击条件下，取λ_s=-20°～-10°。

6）刀尖圆弧半径取r_ε=1～2mm。

（3）车淬硬钢车刀实例

实例1 图2-231所示为淬硬钢车刀，刀具特点如下：

1）刀片材料：YW1、YW2或YT30硬质合金。(www.xing528.com)

2）刀具特点：刀具的刀尖角及刀尖圆弧半径较大，因此，切削部分的强度和散热条件较好，刀具采用γ_o=-15°～-10°的负前角，增强了切削刃。

3）切削用量：v_c=75～80m/min；f=0.3～0.4mm/r；a_p=0.8～1.2mm。

4）应用范围：适用于在C616型、C6140型或C630型卧式车床上车削硬度为40～58HRC的淬硬钢工件。

图2-231 淬硬钢车刀

实例2 图2-232所示为淬硬钢圆弧精车刀，车刀特点如下：

图2-232 淬硬钢圆弧精车刀

1）刀片材料：YG3或YW1硬质合金。

2）车刀特点：前角γ_o=-15°，增强切削刃。刀尖呈圆弧状，有利于降低残留高度，减小工件表面粗糙度值，同时能提高刀尖强度。刀尖圆弧半径的大小，可根据工件需要刃磨。前后刃面应研磨，表面粗糙度Ra值要求为0.4μm。

3）切削用量：v_c=130～160m/min；f=0.2～0.3mm/r；a_p=0.02～0.3mm。

4）应用范围：加工硬度为45～55HRC的淬火中碳钢，滚轮凸凹圆弧外形、端面沟槽等精加工。

3.车冷硬铸铁车刀

冷硬铸铁用于制造轧辊、车轮等大型工件。

（1）冷硬铸铁的车削特点 冷硬铸铁属耐磨铸铁，具有高硬度和高抗压强度，在高压下有抗磨能力。刃磨车冷硬铸铁车刀时，应掌握以下车削特点。

1）表面硬度高，冷硬层深度为8～40mm，并有较高的热强度，它的塑性很低，刀-屑接触长度很小，切削阻力大，切削温度高并集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩损。

2）冷硬铸铁零件一般结构尺寸较大，加工总余量大，因而就进一步加大了加工难度。

3）冷硬铸铁表层组织为白口铁，硬而脆，在切削过程中容易产生崩边现象，造成废品。

4）冷硬铸铁工件采用铸造成形，毛坯表层余量不均匀并存在气孔、夹砂等缺陷，粗车时冲击较大，容易损坏刀具。

（2）车冷硬铸铁车刀几何参数的选择 刀具切削部分材料一般选用YG（如YG6、YG8）、YW及YH类硬质合金。此外，用复合氧化铝或氮化硅陶瓷对冷硬铸铁进行精加工、半精加工效果也很好。

车刀几何参数的选择如下：

1）选用较小前角，一般取负值，γ_o=-2°左右，硬度越高应取绝对值越大的负前角。

2）后角不宜过大，α_o=4°～8°。

3）主偏角、副偏角、刃倾角和刀尖圆弧半径可参考车淬硬钢车刀的选择原则。

（3）车冷硬铸铁车刀

实例 图2-233所示为车冷硬铸铁轧辊车刀，刀具特点如下：

1）刀片材料：YG6硬质合金。

2）刀具特点：由于辊身表层硬度高，所以选用较小的前角γ_o=-2°。主偏角取κ_r=15°较小，目的是改善刀头散热条件，提高车刀使用寿命，同时较小的主偏角还可以使刀具切入和切出时较稳，减小轧辊崩边和刀具崩损的可能性。磨出r_ε=1～1.5mm的刀尖圆弧及取刃倾角λ_s=0°，使刀尖部分有很高强度和散热能力，并提高切削平稳性。

图2-233 冷硬铸铁轧辊车刀

3）切削用量：v_c=4～7m/min；f=0.5～0.8mm/r；a_p=3～6mm。

4）应用范围：适用于在轧辊车床上车削冷硬铸铁轧辊辊身外圆。

4.其他难加工金属材料车刀

实例

（1）耐热合金钢车刀 耐热合金钢车刀如图2-234所示，刀具特点如下：

1）刀片材料：YT15、YG8硬质合金。

2）刀具特点：具有双重过渡刃和修光刃；并磨有b_r1=0.5mm、γ_o1=-5°。负倒棱以及前角γ_o=10°的圆弧断屑槽，刀尖强度好，断屑良好，可以进行外圆和端面的大进给量和强力切削。

3）切削用量：v_c=50～100m/min；f=0.5～1mm/r；a_p=1.5～3mm。

4）适用范围：铬镍钢、铬镍钼钢及耐热合金钢等外圆及端面车削。

（2）车高速钢车刀 车高速钢车刀如图2-235所示，刀具特点如下：

1）刀片材料为YG8硬质合金；断屑台为W9Cr4V2高速钢；刀杆为45钢并经调质处理。

2）刀具特点：具有γ_o=12°的正前角，并焊有单独高速钢的断屑台，刃倾角λ_s=-6°，车削时断屑效果良好。

图2-234 耐热合金钢车刀

图2-235 车高速钢车刀

3）切削用量。

①车削高速钢：v_c=40～60m/min；f=0.3～1mm/r；a_p=1～4mm。

②车削耐热钢：v_c=40～60m/min；f=0.2～0.6mm/r；a_p=1～10mm。

4）适用范围：高速钢及耐热合金钢等外圆的车削。

（3）切削用量及切削液的选择 v_c=150～500m/min；a_p及f均同于普通钢材。但当排屑不顺利时，进给量f应适当减小。

粗车时可采用乳化液冷却润滑，但精车时使用乳化液会使工件产生腐蚀现象，可采用煤油或压缩空气冷却。