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904L不銹鋼詳述
發布時間:2013.11.19 新聞來源:勸誠不銹鋼集團歡迎您! 瀏覽次數:
 

904L不銹鋼詳述

904L不銹鋼的牌號為00Cr20Ni25Mo4.5Cu,是一種含碳量很低的高合金化的超級奧氏體不銹鋼。在稀硫酸中有很好的抗腐蝕性,銅的加人使它具有很強的抗酸能力,專為腐蝕條件苛刻的環境而設計。因此這種不銹鋼主要用于抗腐蝕壓力容器的制造。

904L的成分以Cr、Ni等元素為主,屬于難加工材料,切削加工性較差,主要原因如下。 

1)904L不銹鋼較之其他種類不銹鋼,切削力更大。因為904L硬度雖然不高(70—90HRB),但塑性較好,延伸率≥40%,斷面收縮率≥50%,抗拉強度σb≥490MPa,屈服強度σ0.2≥216MPa,因而在切削過程中塑性變形大,使切削力增加。 

2)導熱系數低。904L不銹鋼的熱導率(20℃時)為12.9W/(m·K),導熱系數低,只有45鋼的1/4左右(45鋼的熱導率為47.5W/(m·K))。導熱性是影響切削熱傳導的主要因素之一,被加工材料的導熱性越低,由切屑和工件帶走的熱量就愈少,而刀具上積聚的熱量就越多,使刀具極易磨損。 

3)易生成積屑瘤。由于904L不銹鋼韌性大,所以在切削過程中與刀具材料的親和力強,切削時刀具的前刀面與切屑底層金屬發生強烈摩擦,在高溫高壓的作用下會產生粘附現象,生成積屑瘤,不易獲得表面粗糙度要求高的加工表面。      

4)切屑不易彎曲折斷。904L不銹鋼的材料延伸率高,所以在切削過程中切屑不易彎曲而折斷。如果不采取適當措施,會影響切削過程的正常進行,而且容易劃傷已加工表面,甚至還會使刀具崩刃和損壞。由于904L不銹鋼的以上特點,在用常規刀具和傳統方法對其進行切削時,即使選擇非常小的切削用量,刀具仍然極易磨損,加工效率低,且工件很難達到圖樣所要求的表面粗糙度和加工精度。在這種背景下,筆者嘗試借鑒先進的高速切削理念,進行904L不銹鋼的銑削加工。從理論上分析,在高速切削加工范圍,隨切削速度提高,切削力隨之減少,有利于奧氏體不銹鋼零件的切削加工。高速切削加工時,切屑以很高的速度排出,帶走大量的切削熱,切削速度提高愈大,帶走的熱量愈多,傳給工件的熱量大幅度減少,有利于降低切削刀具上積聚的熱量。高速切削加工時,轉速的提高,使切削系統的工作頻率遠離機床的低階固有頻率,而工件的加工表面粗糙度對低階固有頻率最敏感,因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。   

2.高速切削刀具系統設計  要實施高速切削,刀具是最活躍的因素,加工表面的形成主要依賴刀具的切削作用。常規刀具無法進行904L的高速切削加工,必須選擇與高速切削相適應的刀具材料、刀具結構和刀柄系統,并應考慮高速切削刀具的動平衡問題。

2.1 刀具材料  根據904L不銹鋼的切削加工特點,在進行切削時應選擇硬度高、耐磨性好、導熱好、耐用度高、與不銹鋼粘附性小的刀具。而且刀具在高速切削時,要承受比常規切削更高的溫度和壓力,更劇烈的摩擦、沖擊和振動作用,會加速刀具磨損。因此高速切削刀具材料的選擇除了要具備切削不銹鋼材料的基本性能外,還要求刀具材料具備更高的可靠性、更高的耐熱性、抗熱沖擊性及良好的高溫力學性能。  用高速鋼刀具切削904L不銹鋼時,宜采用粉末冶金高速鋼、含鈷高速鋼或含鋁超硬高速鋼,但只適用低速切削;用硬質合金刀具切削904L時,普通牌號例如YG6、YG8,只能用于常規低速加工。904L的高速切削加工必須采用特殊材質的刀具,才能保證零件最終的加工精度和表面質量?捎糜904L不銹鋼高速切削的刀具材料主要有涂層硬質合金、超細晶粒硬質合金及金屬陶瓷刀具等。下面簡要介紹三種牌號刀具,并將在下文銑削試驗中對各自的切削性能進行比較。

2.11.T1200A屬于金屬陶瓷刀具,價格昂貴。金屬陶瓷刀具并不是常說的以Al2O3為主要成分的陶瓷刀具,而是指TiC基硬質合金、TiN基硬質合金及TiCN基硬質合金。其性能介于陶瓷和WC基硬質合金之間,硬度(90~94HRA)高于YG類硬質合金,稍低于陶瓷刀具,但強度和韌性高于陶瓷。T1200A屬于精磨刀具,無涂層,適合加工特殊形狀的表面,并能達到較高的加工精度和較低的表面粗糙度。

 2.1.2 Carmet310  Carmet310屬于超細晶粒硬質合金,它具有硬質合金的高硬度和高速鋼的強度。一般來說,硬質合金中WC的品粒平均尺寸縮小5倍,耐磨性可以提高10倍,所以這種合金的刀具耐用度很高,長時問使用磨損很小。由于不含鈦,特別適合加工高溫合金和不銹鋼材料。Carmet3l0也是經過精密刃磨的刀具,無涂層。 2.1.3 GC1025  屬于TiC涂層硬質合金,相比普通硬質合金具有較高的耐磨性

2.2 刀具結構設計  由于904L不銹鋼屬于比較特殊的材料,所以在充分考慮高速切削條件的情況下,還要優化刀具結構,以提高刀具的切削性能、可靠性和壽命。本文用于銑削試驗的三種牌號刀具T1200A、Carmet310和GC1025,在結構設計時主要考慮以下幾點。 

1)刀體材料選用密度小、質量較輕的高強度鋁合金,可以減輕所承受離心力的作用。

2)選用機夾式刀具結構,刀體與刀片之間的連接配合封閉,并使夾緊機構有足夠的夾緊力。 

3)由于904L不銹鋼的切屑不易彎曲折斷,刀片結構應設計有容屑槽,并具備一定的斷屑功能,使排屑斷屑流暢。  三種牌號刀片都有容屑斷屑設計,但結構不盡相同。

2.3 高速刀柄系統  常規切削使用的7∶24錐度刀柄有ISO、BT、SK等不同類型,適用范圍也不同。但這種刀柄與機床主軸的連接只是靠錐面定位,無端面定位結構,主軸端面與刀柄法蘭端面間有較大間隙,不適宜在高速切削條件下使用。  目前高速切削多采用1∶10中空短錐刀柄,這種刀柄由錐面(徑向)和法蘭端面(軸向)共同實現與主軸的剛性連接,由錐面實現刀具與主軸之間的同軸度,錐柄的錐度為1∶10。1∶10刀柄主要有德國的HSK系列、美國的KM系列、日本的NC5系列和瑞典的CAPTO四大系列。其中,HSK工具系統應用范圍最廣,并且已成為ISO標準。HSK刀柄的接口采用錐面和端面兩面同時定位的方式,刀柄為中空,錐體長度較短,有利于實現換刀輕型化及高速化。由于采用端面定位,完全消除了軸向定位誤差,適合高速、高精度加工。  由于刀柄在主軸中的定位方式屬于過定位,所以安裝時必須嚴格控制錐面基準線與法蘭端面的軸向位置精度,與之相應的主軸也必須控制這一軸向精度,所以其制造工藝難度較大。加之HSK刀柄錐度較小,接近于直柄,所以這種刀柄的修復重磨很困難,比起普通標準7:24刀柄,成本高,價格約為普通刀柄的2倍左右。 2.4 刀具的動平衡  高速切削與常規切削相比,工藝系統中的工件、夾具和刀具積聚著更大的能量,承受很大的離心力。任何旋轉體的不平衡所引起的離心力會隨著轉速的升高,以平方關系增大。而旋轉刀具系統由于其結構與機床連接的特殊性,即使不平衡量很小,也會在高速切削時產生很大的離心力,從而引起機床振動,加劇刀具磨損,影響工件的加工精度和表面質量。所以用于高速切削的回轉刀具都必須經過動平衡測試,并應達到IS01940/1規定的G40平衡質量等級,經過測試達到要求才能用于高速切削。為此,在機夾刀具的結構上要設置可調節動平衡的部位。     

3銑削試驗  銑削試驗采用可轉位端銑刀(Ф40mm,3齒),結構如圖1所示。刀柄采用HSK的1∶10中空短錐刀柄。加工前對刀具進行動平衡測試,不平衡量符合規定要求。試件為80mm×80mm的坯料。切削參數:主軸轉速為5000r/min,切削速度為628m/min,進給速度為20m/min,切削深度為0.8mm,干式切削。所用機夾刀片的材料分別為GC1025、Carmet310和T1200A,其加工性能及效果比較如表1所示。    圖1可轉位端銑刀結構  從試驗結果可知,由于在銑削加工中,切削刀具的磨損和缺損一般是因刀口熱裂紋的擴散傳播所致。所以,對不銹鋼這種在加工過程中產生高溫的被加工材料,涂層硬質合金刀具顯得不太適合;而超細晶粒硬質合金和金屬陶瓷刀具在高速切削904L奧氏體不銹鋼時,具有良好的抗月牙洼磨損和抗邊界溝槽磨損性能,刀具耐用度較高。而且能得到較好的加工精度和表面粗糙度,可以說是目前加工這種難加工材料較為理想的刀具材料。  表1三種牌號刀具加工性能及效果比較  牌號 加工性能比較  加工精度 Ra/μm 刀具耐用度(連 續切削)/h  Carmet310 抗邊界磨損能力較強,耐磨性較好。刀具前角較大, 尺寸控制能力很好。排屑槽設計比較合理,排屑流暢, 非常適合自動加工  較 高  0.8 10.8  T1200A 耐磨性和抗月牙洼磨損能力強,具有較高的耐磨性、 耐熱性和抗氧化能力,與工件親和力小,摩擦因數小。 前角較大,非常鋒利。切削速度最高可達800m/min  較 高  0.8 11.4  GC1025 比其他兩種刀具不夠鋒利,控制尺寸性能較弱 較低  1.6 8.5  4 結語  采用高速切削技術對904L不銹鋼進行加工,無論是加工效率、加工成本,還是加工精度、表面粗糙度和刀具耐用度,相比傳統切削方法都有了質的飛躍。      實驗證明,運用先進的數控機床和高速刀具系統,加工904L不銹鋼是

 
 
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