王培源，張 貴

（經(jīng)緯紡織機械股份有限公司 榆次分公司，山西 晉中 030601）

PH13－8Mo鋼是一種采用雙真空冶煉的高強度馬氏體沉淀硬化不銹鋼，其材料為0Cr13Ni8Mo2Al，此鋼的突出特點是強度高，斷裂韌性優(yōu)良，具有良好的橫向力學性能和在復雜環(huán)境中耐應力腐蝕性能。實際生產(chǎn)中為了得到更高的抗腐蝕性能和較好的耐高溫性能，常將PH13－8Mo不銹鋼與其它不銹鋼一同制成雙相不銹鋼。由于這種雙相不銹鋼綜合性能良好，已被廣泛應用于機加工緊固件、飛機部件、核能部件以及石油、化工裝備等各種領(lǐng)域。紡機產(chǎn)品中的部分關(guān)鍵件也采用此類材料，筆者旨在對雙相不銹鋼在紡機類產(chǎn)品機加工工藝中遇到的問題進行研究，對出現(xiàn)問題的解決方法進行探討。

1 雙相不銹鋼的加工難點

PH13－8Mo雙相不銹鋼材料橫向力學性能及抗斷裂韌性好，導致在材料粗加工去除余量時粘性大，極容易與刀片刀尖產(chǎn)生積屑；由于其導熱性能差而隔熱性能良好，在航空石油等領(lǐng)域被廣泛使用，然而在機加工過程中因?qū)嵝圆?、加工熱無法被鐵屑帶走而且過多的集中在刀刃上，使刀片磨損過快。

我們采用進口刀具按照常規(guī)銑削方法加工700mm×160mm×60mm毛坯件時，粗加工余量約為11 000cm3，加工時間約為4h，耗費刀片約為40片（每個刀片4個刀刃）；當改為電火花切割時，則因加工時間長、成本高而難以承受，只能采用機加工方法。

2 刀具磨損形式分析

加工PH13－8Mo雙相不銹鋼時，常見的刀具失效形式有刀面積屑瘤、崩刃和熱裂紋3種。在保證刀具一定壽命的情況下，熱裂紋失效形式為最佳情況，而積屑瘤和崩刃均屬于不正常失效形式。

在加工過程中，由于刀具切削不輕快則導致摩擦升溫，使工件材料的微粒黏附在刀片上形成積屑瘤，如圖1所示。當積屑瘤脫落時，同時會造成刀刃局部破損形成崩刃，如圖2所示。

圖1 刀具積屑瘤

圖2 刀具崩刃

由于加工區(qū)域溫度變化大，尤其是在斷續(xù)切削時，會在刀刃上出現(xiàn)象梳子一樣的裂紋，熱裂紋形態(tài)如圖3所示。

圖3 刀具熱裂紋

3 機加工理論分析

3.1 材料導熱性

從理論上分析，切削時鐵屑帶走熱量最多的是fz的上、下兩個面，當材料導熱性能好時，熱量瞬間可以從fz表面向內(nèi)部傳導，從而帶走大部分機加工熱量；當材料的導熱性能差時，由于熱量只保存在fz的兩個面，所以鐵屑帶走的熱量相同，而鐵屑的體積卻不同，在帶走相同熱量的情況下，5號鐵屑體積最小，如圖4所示。同理，反之在相同鐵屑體積的情況下，5號鐵屑帶走的熱量最多。

圖4 鐵屑體積與熱量關(guān)系

3.2 刀具選用

對圖4分析可知，因主偏角最小的銑刀所產(chǎn)生的薄形鐵屑帶走的熱量最多，所以我們選用主偏角為0°～20°的瓦爾特快進給銑刀，如圖5所示。

圖5 不同主偏角銑刀示意

3.3 刀片表面處理

化學氣相沉積（簡稱CVD），是反應物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。CVD系統(tǒng)中的化學反應有還原、氧化、水解、熱解等，是在低壓CVD反應器中實現(xiàn)的，是一種不均勻的多相反應。

物理氣相沉積（簡稱PVD），是利用物理過程實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基材表面上的過程，一般有真空中蒸發(fā)沉積、濺射、離子鍍3種將固態(tài)鍍層材料氣化的方法。由于PVD工藝溫度低，不會降低硬質(zhì)合金刀片自身的強度，刀片刃部可磨得十分鋒利，從而降低機床的功率消耗。

因此加工PH13－8Mo雙相不銹鋼時要采用較為鋒利的刀片，所以我們選擇TiAlN和Al2O3組成的PVD多層涂層WSM35和WSP45材質(zhì)的刀片。

4 機加工現(xiàn)場情況分析

4.1 影響刀具壽命的主要因素

4.1.1 工件線速度

線速度對刀片壽命的影響最大。如線速度高于規(guī)定20%，刀具壽命將降低為原來的1／2；如線速度高于50%，刀具壽命將降低為原來的1／5。工件線速度在粗加工和精加工時的參數(shù)應不同，因為粗加工以去余量為主，故線速度要低；精加工以保證尺寸精度和表面粗糙度為主，其線速度應高。

4.1.2 切 深

切深對刀具壽命的影響僅次于線速度，每種槽型都有一個比較大的切削范圍。粗加工時，切深盡量加大，以保證最大的余量去除率；精加工時，切深盡量減小，以保證工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。通常切深不能大于槽型的切削范圍，切深過大則刀具無法承受切削力，會導致刀具崩刃；切深過小時刀具只是刮削和擠壓工件表面，會導致后刀面嚴重磨損，從而降低刀具壽命。

4.1.3 進 給

相比較線速度和切深，進給對刀具壽命的影響最小，但對工件的表面質(zhì)量影響最大。粗加工時，加大進給可以提高余量的去除率；精加工時，降低進給可以提高工件的表面粗糙度；在保證表面粗糙度要求的情況下，可以盡量加大進給，提高加工效率。

4.2 不同刀具試驗對比分析

在現(xiàn)場試驗時，美國、瑞典、以色列和國內(nèi)多家刀具供應商，采用玉米銑、90°銑刀、快進給銑刀等多種銑刀進行試驗，加工效果均不理想。我們采用德國制造的瓦爾特90°銑刀和快進給銑刀進行試驗，達到了滿意的效果。試驗加工參數(shù)及結(jié)果分別見表1、表2。

表1 加工參數(shù)推薦

表2 加工結(jié)果對比

由表2數(shù)據(jù)可得出兩個結(jié)論：一是PH13－8Mo雙相不銹鋼使用快進給銑刀是最佳的選擇；二是采用德國進口刀片加工效果更勝一籌。通過此次試驗，我們采用2片德國瓦爾特刀片就能完成以前需消耗40片進口刀片才能完成的加工量，大大提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

5.1 加工強度高、隔熱性能好的雙相不銹鋼零件時，由于材料導熱性能差，以鐵屑盡量小、薄為佳，使同等體積鐵屑接觸空氣面最大以帶走更多的熱量，從而減少殘留在刀刃上的熱量，提高了刀片使用壽命，為此應選用正前角的快進給銑刀。

5.2 由于PH13－8Mo雙相不銹鋼優(yōu)良的斷裂韌性及良好的橫向力學性能，在機加工中黏性較強，所以在切削加工時要有足夠的冷卻液，且最好是內(nèi)冷卻，對切削液濃度也要有一定的要求。

5.3 加工此類材料時，應用PVD刀片性能優(yōu)于CVD刀片，WSM35材質(zhì)刀片優(yōu)于 WSP45材質(zhì)刀片。無論是何種難以加工的材料，只要選對刀具和合理的加工參數(shù)，問題就一定能迎刃而解。

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