数控刀片在不锈钢加工中的选用

随着加工制造在中小企业的快速发展，越来越多机械加工厂家开始对刀片的选择更加关注和挑剔，同时随着市场上众多国内外刀具品牌的快速兴起，终端用户对刀具的挑选又常常显得眼花缭乱和力不从心。

本研究根据以往不锈钢加工的大量切削试验，结合公司硬质合金刀片生产的前沿技术，从不锈钢加工材料特性、刀片选用、试切优选等方面进行分析归纳，目的是让广大制造从业人员对刀片的选用形成基本认识，提升刀具选用思路，最终更好地为车间提供工艺技术支持及解决方案。

1.不锈钢使用范畴

   不锈钢在生产中有较为广泛的应用，如工业石油管道上所使用的阀门、联接紧固法兰盘、球阀、医药器械及食品器械中的卫生级阀门、常见的生活类五金件等。使用场合不同，对不锈钢性能要求的侧重点也不一样，目前国内也形成了几个典型的不锈钢加工行业区域。

    不锈钢之所以很少生锈，主要是因为其有较高的抗腐蚀性，通常材料中含Cr量在10%以上，并含有大量的Ni成分，在较高的温度下也能保持一定的强度。市场上常选用的钢种有304、316、316L等，与其他材料组相比，不锈钢属于难切削材料范畴。

2.不锈钢的主要加工特性

与45钢及其他钢种相比，不锈钢要显得难加工。因其材料特性，主要有以下几个影响其切削性能的因素：

（1）黏结现象严重：如图1所示，由于韧性及塑性比其他材料好，因此在加工中过程中切屑容易粘接在前刀面上，形成较为严重的积屑瘤（见图2），当加工到一定时间后，前刀面积屑瘤进一步扩大，最终导致崩刃，这种现象在低速加工中显得尤为明显。

（2）切削抗力大：不锈钢与其他钢种相比，因为塑性和韧性较好，使得在加工过程中铁屑不易从钢体上分离，导致形成较大的切削抗力。

（3）导热系数低：因为导热系数较其他材料低，因此在切削中产生的大量温度来不及通过铁屑直接排出带走，而附加在工件本身上，从而在刀尖部位容易形成比较集中的高切削温度，导致刀片提前磨损。此外，不锈钢加工硬化严重，线膨胀系数大等这些因素也加快了刀具磨损。

3.不锈钢加工刀片选用的主要参考

为了更好地应对不锈钢难加工特性，在保证相对稳定的切削外部条件（设备、切削液等）下，还要根据槽型特点，选择适应的切削参数。在刀片外观角度上来看，主要可以参考如下几点：

（1）前角γ_o：不锈钢塑性强，切屑不易从工件上排出，为使不锈钢在加工过程中排屑更顺畅，在保证刀具强度的同时需选择更加锋利的槽型来应对，当前角变大后，降低了切削力，使得加工更加轻快，更加有利于切屑排出，同时降低了积屑瘤产生的可能性，从而延长刀具使用寿命。

（2）后角：为防止后刀面与工件过早摩擦，在保证刀片刚性强度的前提下，可以适当增加后角，来提高刀片使用寿命。

（3）槽型：刀片槽型实际上就是刀片前角上微观尺寸所显示出来的形状，针对不锈钢的加工断屑特点，目前专业生产刀片的公司都有专门应对不锈钢加工特点的刀片槽型，如京瓷公司的MQ、MS；KORLOY公司的HA、HS槽型等，以及本公司生产的BF槽（v_c=202.5m/min， f=0.1mm/r，a_p=0.1mm），以上槽型都有锋利的切削刃和相对大的前角，能较好地应对不锈钢难加工特性。

通过试验，本司生产的BF槽型在不锈钢精加工也有较好的应用。该槽型刃口锋利、切削轻快、抗积屑瘤好、断屑效果良好，主要用于连续精车，在小切深工况稳定切削条件下，能够良好应对不锈钢加工（见图3）。

当然，刀片角度的选择通常是一把双刃剑，加工中我们往往希望刀片寿命够长，获得切削轻快稳定的加工状态，这样会考虑使用大的前角及后角，但这势必对刀片基体本身的耐磨空间进行压缩。因此，如何权衡刀片使用寿命与角度、槽型的关系，最终还需要结合零件加工工艺要求，在满足零件工艺要求的情况下，来选择适用的刀片。

4.选用优化对比

当确定好合适的外观结构、微观尺寸，以及保证刀片生产质量后，更重要的是选择适用的涂层。对加工不锈钢而言，涂层的光滑性显得尤为重要。这样能很大程度上避免积屑瘤的产生，刀片外表涂层的光滑性很容易通过人的触碰感觉的到，而刀具公司则需通过大量切削试验，分别针对不同产品、不同工况，层层筛选出最适合的涂层，建立批量试刀数据模型，最终确定出通用性强的产品。

附表及图4可以为刀具性能测试对比提供一种思路与参考，在不同切削速度和不同工件规格情况下，当切削数据足够充分并且成功表现出一致性时，可以确定该次试验成功，获得较好的试验结果。而整批数据中会偶尔发生几次与整体有所偏差的情况，如附表中的4号刀尖对比结果，A公司整体测试性能都要优于B公司数据，但经测试大数据，分析A公司刀尖号4数量11件，其表现异常，此时可以采用倒推追溯的方式，从加工过程中寻找是否出现装夹异常、毛坯状况、切削液流量、刀尖本身质量异常等问题，确定加工客观实质是否发生了改变，通过逐步排除，找出该次测试刀片结果不理想的根本原因。如果装夹、毛坯状况等其他外部实质条件均未发生变化，就针对该测试刀片进行研究，譬如，在刀片生产制造中，该刀片本身工艺就发生了瑕疵。但笔者在大量切削试验过程中，遇到此类问题时经过系统分析，可以归纳为该刀片异常，这往往是一个独立的试验数据，并不影响对A公司该款刀片整体性能的判断。