不锈钢车削刀具磨损机理与耐用度提升策略研究

一、引言

随着现代工业的快速发展，不锈钢的需求量日益增长，其加工质量和效率备受关注。在不锈钢车削加工中刀具作为直接参与切削的工具，其磨损状况直接决定了加工效果。由于不锈钢具有较高的强度、硬度、韧性以及较强的加工硬化倾向，车削时刀具承受较大的切削力、切削温度和摩擦作用，极易发生磨损。因此，深入研究不锈钢车削刀具的磨损机理，探索有效的耐用度提升策略，对于推动不锈钢加工技术的进步具有重要的现实意义。

二、不锈钢车削刀具磨损机理

（一）机械磨损

不锈钢材料强度和硬度较高，车削时刀具与工件之间存在强烈的机械摩擦，导致刀具表面材料被逐渐磨掉。尤其是在低速切削或切削厚度较大的情况下，机械磨损更为显著。刀具的硬度和耐磨性不足时容易在机械力作用下发生磨粒磨损，即工件材料中的硬质点或切屑中的颗粒对刀具表面造成刮擦和磨损[1]。

（二）热化学磨损

不锈钢车削过程中会产生大量的切削热，使刀具处于高温环境中。在高温作用下刀具材料与工件材料、切削液等发生化学反应，导致刀具表面性能下降，加速磨损。例如，高温下刀具材料中的元素可能与工件材料中的元素发生扩散，形成脆性化合物，使刀具表面出现剥落和磨损。

（三）粘结磨损

不锈钢具有较强的韧性和塑性，车削时切屑与刀具前刀面之间的接触压力和温度较高，容易发生粘结现象。当切屑与刀具表面粘结后，随着切屑的流动，会将刀具表面的材料带走，造成粘结磨损。在连续切削过程中粘结磨损会不断积累，导致刀具失效[2]。

（四）氧化磨损

在高温和有氧环境下刀具表面会发生氧化反应，生成氧化膜。当氧化膜的强度和耐磨性较低时，在切削力的作用下容易被破坏，使刀具表面暴露在新的氧化环境中，从而产生持续的氧化磨损。

三、影响不锈钢车削刀具耐用度的因素

（一）刀具材料

刀具材料的性能是影响其耐用度的关键因素。不同的刀具材料具有不同的硬度、耐磨性、耐热性和韧性等特性。例如，高速钢刀具价格较低，但耐热性和耐磨性较差，适用于低速切削；硬质合金刀具具有较高的硬度和耐磨性，耐热性也较好，在不锈钢车削中应用广泛；陶瓷刀具硬度高、耐磨性好、耐热性强，但韧性较差，适用于高速切削和精加工。如果刀具材料的性能不能满足不锈钢车削的要求，其耐用度会大幅降低。

（二）切削参数

切削参数包括切削速度、进给量和切削深度，对刀具耐用度有着重要影响。切削速度过高时切削热大量增加，会加剧刀具的热化学磨损和粘结磨损，降低刀具耐用度；切削速度过低则会增加机械磨损的程度。进给量增大，会使切削力增大，加剧机械磨损，同时也会增加切削热的产生；进给量过小则会导致加工效率降低，且可能因切削不充分而增加刀具与工件之间的摩擦。

（三）刀具几何参数

刀具的几何参数如前角、后角、主偏角等会影响切削力、切削热的分布以及切屑的形成和排出，进而影响刀具耐用度。前角过大，刀具的强度降低，容易在切削力作用下发生崩刃；前角过小，切削力增大，切削热增加，加剧磨损。后角过小，刀具后刀面与工件已加工表面之间的摩擦增大，导致后刀面磨损加剧；后角过大，刀具的楔角减小，强度降低。主偏角的大小会影响切削力的分布，主偏角过大或过小都会对刀具耐用度产生不利影响[3]。

（四）冷却润滑条件

冷却润滑在不锈钢车削过程中起着重要作用，能够降低切削温度、减少摩擦、抑制粘结和氧化磨损。如果冷却润滑不充分或切削液选择不当，会导致切削区温度过高，摩擦加剧，刀具磨损加快，耐用度降低。例如，切削液的润滑性能不足时不能有效减少刀具与切屑、工件之间的摩擦；冷却性能不佳时无法及时带走切削热，使刀具处于高温环境中。

四、不锈钢车削刀具耐用度提升策略

（一）合理选择刀具材料

根据不锈钢的类型、加工要求和切削条件选择合适的刀具材料，对于一般的不锈钢车削可选用硬质合金刀具，如WC-Co 合金，其具有较好的综合性能；对于高速切削或精加工可采用涂层硬质合金刀具，涂层能够提高刀具的耐磨性和耐热性，如TiN、TiAlN 涂层等；在加工高硬度不锈钢或进行断续切削时可考虑使用陶瓷刀具或金属陶瓷刀具，但需注意避免冲击负荷过大。

（二）优化切削参数

通过合理调整切削速度、进给量和切削深度，实现刀具耐用度的提升。在保证加工质量和效率的前提下应避免切削速度过高，对于奥氏体不锈钢等易产生加工硬化的材料可适当降低切削速度；进给量和切削深度应根据刀具材料和工件材料的性能进行选择，一般情况下，进给量不宜过大，切削深度可根据加工余量合理确定。同时，可通过切削试验确定最优的切削参数组合，以达到最佳的加工效果和刀具耐用度。

（三）优化刀具几何参数

根据不锈钢的加工特点优化刀具的几何参数，对于车削不锈钢可适当增大前角，以减少切削力和切削热，但需保证刀具的强度；后角可适当增大，以减少后刀面与工件之间的摩擦；主偏角可选择中等大小，以平衡切削力和刀具寿命。此外，刀具的刃口处理也很重要，可对刃口进行钝化处理，提高刀具的抗冲击性能和耐磨性。

（四）改善冷却润滑条件

选择合适的切削液，并保证充足的冷却润滑。对于不锈钢车削可选用极压乳化液或极压切削油，其具有良好的润滑和冷却性能，能够有效减少摩擦和抑制磨损。同时，要保证切削液的喷射位置准确，确保切削区得到充分冷却和润滑；定期更换切削液，防止切削液变质影响使用效果。在高速切削时可采用油雾润滑等先进的润滑方式，提高冷却润滑效率。

（五）采用先进的加工技术

高速切削技术，高速切削能够减少刀具与工件的接触时间，降低加工硬化程度，同时有利于切屑的排出，减少刀具磨损。但高速切削对刀具材料和机床性能要求较高，需合理选择切削参数和刀具。振动切削技术，振动切削通过在切削过程中施加一定频率和振幅的振动，使刀具与工件之间产生间歇性接触，减少摩擦和切削力，降低切削温度，从而减轻刀具磨损，提高耐用度。

五、结束语

总之，不锈钢车削刀具的磨损是一个复杂的过程，涉及机械磨损、热化学磨损、粘结磨损和氧化磨损等多种机理，受刀具材料、切削参数、刀具几何参数、冷却润滑条件和工件材料特性等多种因素的影响。为提升刀具耐用度，需采取合理选择刀具材料、优化切削参数和刀具几何参数、改善冷却润滑条件以及采用先进加工技术等综合策略。通过深入研究磨损机理和影响因素，制定科学有效的提升策略，能够显著提高不锈钢车削刀具的耐用度，降低生产成本，提高加工质量和效率，为不锈钢加工行业的发展提供有力支持。

参考文献：

[1] 邹声勇. 基于介质运动轨迹分析的磨机转速研究[J]. 矿山机械,2022(03)：45-48.

[2]覃孟扬.基于刀具磨损的车削加工残余应力实验研究[J]. 机床与液压,2024(13)：21-23.

[3]杨晓勇.钛合金铣削刀具磨损对表面完整性影响研究[J]. 机械设计,2022(11)：90-94.