AISI 304不銹鋼銑削加工性能實(shí)驗(yàn)分析

神會存 肖順根 賴聯(lián)鋒

（寧德師范學(xué)院，寧德 352100）

AISI 304不銹鋼銑削加工性能實(shí)驗(yàn)分析

神會存 肖順根 賴聯(lián)鋒

（寧德師范學(xué)院，寧德 352100）

利用硬質(zhì)合金銑刀，對奧氏體不銹鋼AISI 304進(jìn)行銑削加工實(shí)驗(yàn)研究。討論切削速度和進(jìn)給率的變化對刀具壽命的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，刀具壽命隨切削速度的增加而降低，隨進(jìn)給率的增加而增加。以生產(chǎn)率最高和刀具壽命最長為目標(biāo)，給出單刃銑刀銑削加工的最佳切削參數(shù)。

AISI 304不銹鋼 復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具 銑削 刀具壽命 生產(chǎn)效率

引言

奧氏體不銹鋼是一種耐腐蝕性很強(qiáng)的鉻鎳鋼，具有其他合金不具備的優(yōu)良機(jī)械性能。奧氏體不銹鋼是非磁性材料，無法用傳統(tǒng)的熱處理淬火處理，但可以通過冷加工強(qiáng)化[1]。

在機(jī)械加工中，奧氏體不銹鋼AISI 304是一種硬度很高的材料。加工過程中存在許多困難，如刀具不規(guī)則磨損和后刀面積屑瘤等[2]。積屑瘤的存在會加快刀具的磨損、破壞工件的表面完整性。該材料的可加工性差，通常有以下原因：低熱傳導(dǎo)性（是普通碳鋼的50%）、高韌性、高延展強(qiáng)度、高斷裂韌性和高加工硬化率。加工硬化會導(dǎo)致刀具磨損和損壞率的增加，降低加工硬化對刀具壽命影響的一種方法是用鋒利的刀具在高進(jìn)給率下進(jìn)行端銑操作。

相對于車削而言，硬質(zhì)合金刀具銑削的切削條件更為苛刻[3-4]。這是由于銑刀由若干刀齒組成，切削過程不連續(xù)，導(dǎo)致形成梳狀微裂紋。與車削不同，切屑始終與刀片保持接觸，端銑更易形成積屑瘤。

本文采用復(fù)合涂層（TiN/TiCN/TiN）硬質(zhì)合金單刃端銑刀，對AISI 304不銹鋼進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 工件材料

AISI 304不銹鋼工件尺寸為50.8mm×50.8mm×120mm，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度分別為296、600MPa，硬度為HRB88，其化學(xué)成分見表1。

表1 AISI304不銹鋼的化學(xué)成分（wt.%）

1.2 刀具材料

使用的刀具是復(fù)合涂層（TiN/TiCN/TiN）硬質(zhì)合金銑刀，刀片開有斷屑槽，后角70°，前角150°。刀架采用直徑為12mm的單柄刀架。

1.3 切削試驗(yàn)

端銑切削試驗(yàn)所用機(jī)床為OkumaMX-45 VA數(shù)控加工中心，最大主軸轉(zhuǎn)速為7000r/min，最大功率為10馬力。采用濕式切削，切削速度為150、190、225、260m/min；軸向切深和徑向切深保持不變，分別為10mm和2mm；進(jìn)給率分別為0.025、0.050、0.075、0.100mm/rev。每個(gè)切削速度都分別與4種進(jìn)給率組合，因此總的切削試驗(yàn)數(shù)是16個(gè)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，以保證后刀面磨損讀數(shù)的準(zhǔn)確。用VHX-1000型三維數(shù)碼顯微鏡測量后刀面磨損磨損量VB，以VB達(dá)到0.3mm作為刀片壽命的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 切削速度和進(jìn)給率對刀具壽命的影響

切削速度和進(jìn)給率對刀具壽命有顯著影響。由圖1可看出，進(jìn)給率不變時(shí)，隨著切削速度的增加，刀具壽命明顯減少。

圖1 不同進(jìn)給率下切削速度與刀具壽命間的關(guān)系

切削速度較高（V=260m/min）時(shí)，進(jìn)給率的變化對刀具壽命的影響不大。此時(shí)，若進(jìn)給率在0.05～0.1mm/rev，刀具壽命在3～4min。當(dāng)進(jìn)給率取最小值0.025mm/rev時(shí)，刀具壽命增加至約兩倍（7.4min）。這可能是由于進(jìn)給率較小時(shí)，切削抗力較低，刀片作用在切削區(qū)域的時(shí)間較長，冷卻時(shí)間較充分[5]。這也是在同樣的冷卻液作用條件下，進(jìn)給率較大時(shí)積屑瘤更易形成的原因。因此，高速銑削AISI 304時(shí)，應(yīng)采用較小的進(jìn)給率（約為0.025mm/rev）。

2.2 生產(chǎn)效率

金屬切削加工性能的一個(gè)重要指標(biāo)是單位時(shí)間內(nèi)除去的材料體積，即生產(chǎn)效率。如果生產(chǎn)效率低，僅僅延長刀具壽命意義不大。

由試驗(yàn)可知，在切削速度V=150m/min和進(jìn)給率F=0.075mm/rev時(shí)，材料去除率最大（如圖2所示）。在該切削條件下的刀具壽命約為14.5min，接近16.9min的最長刀具壽命。

圖2 刀具壽命與金屬去除量間的關(guān)系

刀具壽命最長的切削參數(shù)（V=150m/min和F=0.05mm/rev），材料去除率約為最大去除率的50%。因此，最佳切削參數(shù)，應(yīng)是材料去除率高，且刀具壽命也相對較長。由實(shí)驗(yàn)得到符合這種要求的切削參數(shù)有兩組，見表2。

表2 兩組最佳切削參數(shù)組合

3 結(jié)論

本文采用復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具對奧氏體不銹鋼AISI 304進(jìn)行端銑試驗(yàn)研究，通過本文研究，得出以下結(jié)論：

（1）刀具壽命隨切削速度的提高而降低。在190、225、260m/min三種切削速度下，刀具壽命接近相等，但在切削速度V=150m/min時(shí)，刀具壽命幾乎倍增。

（2）切削速度較高時(shí)，進(jìn)給率變化對刀具壽命影響較小。當(dāng)切削速度V=260m/min時(shí)，采用不同進(jìn)給率時(shí)刀具壽命幾乎相同。

（3）使生產(chǎn)效率和刀具壽命都較高的最佳切削參數(shù)是切削速度V=150m/min、進(jìn)給率F=0.075mm/rev。

[1]張清閣.面銑加工奧氏體不銹鋼的切削參數(shù)優(yōu)化及有限元仿真研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[2]Korkut I，Kasap M，Ciftci I，et al. Determination of Optimum Cutting Parameters During Machining of AISI 304 Austenitic Stainless Steel[J]. Materials and Design，2004，25（4）：303-305.

[3]Andersson C，Andersson M，Stahl JE. Experimental Studies of Cutting Force Variation in Face Milling[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture，2011，51（1）：67-76.

[4]Moradi H，Movahhedy MR，Vossoughi G. Dynamics of Regenerative Chatter and Internal Resonance in Milling Process with Structural and Cutting Force Nonlinearities[J].Journal of Sound and Vibration，2012，331（16）：3844-3865.

[5]高東強(qiáng)，艾旭，陳威，等.涂層硬質(zhì)合金刀具對奧氏體不銹鋼的切削特性[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，34（3）：437-444.

Experimental Analysis on Milling Performance of AISI 304 Stainless Steels

SHEN Huicun, XIAO Shungen, LAI Lianfeng
(Ningde Normal University, Ningde 352100)

This work reports an experimental study on the performance of multilayered carbide tools for end-milling of AISI 304 austenitic stainless steels. The influence of cutting speed and feed rate on the tool life is discussed. The experimental results show that the tool life decreases with the increase of the cutting speed, and increases with the increase of the feed rate. With the highest productivity and the longest tool life as the goal, the optimal cutting parameters are given.

AISI 304 stainless steel, multilayered carbide tools, milling, tool life, productivity

福建省教育廳科技項(xiàng)目（JA14327）、寧德市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20140178）、寧德師范學(xué)院校級課題（2013F28、2015Z03、2015T07）。