不銹鋼是一種多用途的工件材料，被廣泛用于重視強度、耐熱性和耐腐蝕性的應用場合。然而，這些屬性在使不銹鋼合金成為優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的同時，也使其難以加工成各種零件。通過綜合考慮以下兩項因素并在兩者之間取得平衡，可以顯著提升不銹鋼加工的生產(chǎn)率：刀具的屬性和槽型；應用較高的切削參數(shù)。
合金的進化史
基本的不銹鋼合金分為鐵素體合金和馬氏體合金。鐵素體合金的鉻含量為 10-12%，不可硬化。馬氏體合金的鉻和碳含量要高于鐵素體不銹鋼，同時還添加了錳和硅，這種合金可通過熱處理工藝進行硬化。目前，鐵素體和馬氏體不銹鋼合金并未廣泛用于工業(yè)環(huán)境，而是用于家居用品中，例如廚房或花園工具。
隨著不銹鋼的應用不斷發(fā)展，不銹鋼合金被頻繁用于那些對機械強度和耐腐蝕性有著較高要求的應用場合。為了提高不銹鋼合金的強度，冶金學家在其中添加了鎳，從而使鐵/鉻合金變?yōu)殍F/鉻/鎳合金。這些材料被稱為奧氏體不銹鋼，如今它們廣泛用于那些對強度、耐腐蝕性和耐熱性有著較高要求的工業(yè)場合中。該合金通常用于石化加工、為達到衛(wèi)生標準而要求防腐蝕的食品行業(yè)以及在嚴苛環(huán)境條件下使用的通用機械。
此外，提高合金（如不銹鋼）的性能也必然會大大增加合金加工的難度。鐵素體和馬氏體不銹鋼合金的耐腐蝕性基本上屬于化學特性，因此這些合金并不比普通鋼件更難加工。然而，在奧氏體不銹鋼中添加鎳和其他元素會提高硬度、強度、抗變形能力和熱屬性，導致可加工性下降。
了解合金
直到最近，人們?nèi)晕凑嬲莆諍W氏體不銹鋼加工的奧秘。機床技工認為，由于合金的強度更高，機械切削力更大，因此應使用強度更高的負角槽型刀具進行加工，同時還應降低切削參數(shù)。然而，使用該方法會縮短刀具壽命、產(chǎn)生長切屑、頻繁出現(xiàn)毛刺、表面粗糙度不盡人意以及產(chǎn)生不必要的振動。
實際上，切削奧氏體不銹鋼需要的機械切削力并不比加工傳統(tǒng)鋼件的切削力高出許多。加工奧氏體不銹鋼所需的大多數(shù)額外能耗都是由于其熱屬性導致的。金屬切削是一種變形過程，當加工抗變形的奧氏體不銹鋼時，就會產(chǎn)生過多的熱量。
刀具制造商設(shè)出計了具有極高熱硬度的硬質(zhì)合金基體，足以承受不銹鋼加工時產(chǎn)生的高溫。同時，刀具切削刃的鋒利度也非常重要，至少與基體成分具有同等重要性。刀具越鋒利，切削的不銹鋼材料越多，材料變形越少，因而減少了熱量的產(chǎn)生。
高切削參數(shù)
為了達到切削區(qū)散熱的目的，最有效的不銹鋼加工方法是盡可能采用最大的切削深度和進給率。其目的是最大限度地增加切屑帶走的熱量。由于不銹鋼導熱性較差，每立方毫米切屑材料可吸收的熱量有限，因此，形成更大體積的切屑將會帶走更多的熱量。另外，采用更大的切削深度還將減少加工完成一個零件所需的走刀次數(shù)，由于奧氏體不銹鋼在加工時表現(xiàn)出應變或加工硬化趨勢，因此這是一個重要的考慮因素。
在實際應用中，這些高參數(shù)的加工策略受到一定的限制。例如，表面粗糙度要求將會限制最高進給率。機床的功率以及刀具和工件的強度也會對所采用的加工參數(shù)造成限制。
冷卻液的使用策略
奧氏體不銹鋼合金的熱屬性會導致問題，這意味著冷卻液的應用幾乎成為能否成功加工這類合金的關(guān)鍵。冷卻液必須具有較高的質(zhì)量，油水乳化液中的油含量至少占 8% 或 9%，而在很多加工中油含量通常為 3% 或 4%。
冷卻液的應用方法也非常重要。輸送到切削區(qū)的冷卻液壓力越高，冷卻液的冷卻效果就越好。使用專門的輸送系統(tǒng)效果尤為顯著，例如山高的 Jetstream Tooling?，它可以直接向切削區(qū)輸送高壓冷卻液流。
刀具鍍層與磨損過程
刀具基體表面的硬鍍層增強了刀具表面的熱硬度，并延長了刀具在高溫環(huán)境下的使用壽命。然而，為了使刀具基體與熱量隔絕，通常情況下必須采用厚鍍層，但厚鍍層卻不能很好地粘附到非常鋒利的槽型上。目前，刀具制造商正致力于制造能夠良好阻隔熱量的薄鍍層。
奧氏體不銹鋼表具有較高的延展性，并展現(xiàn)出粘附刀具的趨勢。因此，使用鍍層還可以防止粘附性磨損，這是當切削材料粘附并積聚在切削刃上時發(fā)生的一種情況。粘附的工件材料隨后可能會扯掉部分切削刃，從而導致表面粗糙度較差以及刀具故障。鍍層可以提供潤滑能力以抑制粘附性磨損；提高切削速度也有助于最大限度地減少粘附性磨損。
一些奧氏體不銹鋼合金含有磨蝕性的堅硬夾雜物，因此借助硬鍍層來提高刀具的耐磨蝕性可以延長刀具壽命。
加工時，合金的應變或加工硬化趨勢會造成溝槽磨損。溝槽磨損可以說是極為嚴重的局部磨損，可以通過采用適當?shù)腻儗雍推渌胧ɡ绺淖兦邢魃疃龋栽谡麄€切削刃上分散磨損區(qū)域）來減輕。
刀具開發(fā)
刀具制造商一直專注于刀具開發(fā)工作，希望在刀具的各個屬性之間取得平衡，從而使刀具在加工特定工件材料中展現(xiàn)出最佳的性能。硬質(zhì)合金材質(zhì)等級研究尋求硬度與強度之間的平衡，以使刀具不會因過硬而容易斷裂，但也擁有足夠的硬度以抵抗變形。同樣，鋒利的切削刃槽型是首選槽型，但其機械強度卻不及鈍化的切削刃。因此，切削刃槽型開發(fā)的目標是制造出盡可能平衡鋒利度和強度的刀具。
作為開發(fā)過程的一部分，刀具制造商正在重新審視他們的刀具應用原則。當前的加工參數(shù)建議大部分都基于傳統(tǒng)鋼件的強度和硬度特性，而沒有考慮加工奧氏體不銹鋼和其他高性能合金時非常重要的熱量因素。最近，刀具制造商已開始與研究機構(gòu)合作修訂刀具測試步驟，以將特定材料的熱特性考慮在內(nèi)。
新應用原則反映了新參考材料的出現(xiàn)。傳統(tǒng)上，可加工性標準根據(jù)一種參考材料（即，一種合金鋼）以及加工期間產(chǎn)生的機械負荷進行設(shè)置?，F(xiàn)在，增加了用于奧氏體不銹鋼的單獨參考材料，已經(jīng)為速度、進給量和切削深度設(shè)置了基準值。相對于該參考材料，采用平衡或校準因素來確定基值的變化，將在具有不同加工特性的材料中實現(xiàn)最佳生產(chǎn)率。
適用于特定材料的特定槽型
在眾多不同的切削工況和加工參數(shù)下，很多刀具都可以在各種材料中提供非常令人滿意的性能。對于具有適中生產(chǎn)率和質(zhì)量要求的一次性作業(yè)，這些刀具不失為一種經(jīng)濟高效的選擇。然而，要實現(xiàn)最佳性能，刀具制造商還需要進一步控制和平衡各種刀具要素，以制造出可在特定工件材料中提供最高生產(chǎn)率和加工可靠性的刀具。
刀具的基本要素包括刀具基體、鍍層和槽型。每個要素都很重要，而在最理想的刀具中，這些元素作為一個整體產(chǎn)生優(yōu)于各個部分之和的效果。
刀具各部分所發(fā)揮的作用各不相同?；w和鍍層起到被動作用；它們旨在提供硬度和強度的平衡，以承受高溫并抵抗化學作用、粘著性和腐蝕性。另一方面，刀具槽型發(fā)揮著主動作用，因為更改槽型可以改變一定時間內(nèi)去除的金屬量、產(chǎn)生的熱量、切屑形成方式以及獲得的表面粗糙度情況。
可改變性能的槽型差異的基本示例包括山高的 M3 和 M5 傳統(tǒng)車削槽型刀片，這些刀片采用負角（0° 后角）切削刃槽型，并在切削刃和刀具前刀面之間采用倒棱。M3 槽型是一種通用的半精加工槽型，可在一系列工件材料中提供良好的刀具壽命和斷屑性能。M5 槽型結(jié)合了高刃口強度與相對較低的切削力，旨在用于嚴苛的高進給粗加工應用場合。
M3 和 M5 槽型盡管通用性及強度較好，但鋒利度卻稍遜，并在加工奧氏體不銹鋼時會通過變形產(chǎn)生大量的熱量。相比之下，山高 MF4 和 MF5 槽型的刀具設(shè)計可在加工不銹鋼時更加有效，這些槽型采用鋒利的正角槽型以及更窄的正角倒棱，從而幫助保持鋒利度，同時在鋒利的刃口后面提供支撐。槽型設(shè)計為敞開式并且能夠輕快切削，便于進行鋼件和不銹鋼的半精加工及精加工。MF5 槽型在高進給應用中尤為有效。
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