有金属工件的车削
李贵德, 贺安国
(山西省机电设计研究院, 山西 太原 030009)
摘要: 分析了常用有金属的特性和车削时的特点, 得出了正确的车削方法, 既保证了加工精度, 又提高了劳
动生产率。
关键词: 有金属; 车削
1 常用有金属和它们的特性 111 铜和铜合金
纯铜通常叫紫铜, 表面呈玫瑰, 用愈来愈广泛。
2 有金属的车削性能
评定金属材料的切削加工性, 一般用“切削系数”来反应, 切削系数愈小金属材料就愈容易切削, 用公式表示为:
比重为 8193g ƒ
c m 3 , 熔 点是 1083℃, 有高的导电、导热性和抵抗大气腐蚀的性能。纯
铜的机械性能较差, 一般只用来制造导电机件、管子、铆钉和 垫片等。而大部分要切削加工的工件都是用铜合金制成的。铜 合金主要分黄铜和青铜两大类。
P z
K =
巨门S ·t
式中: K —— 切削系数;
S —— 走刀量; P z —— 切削力; t —— 吃刀深度。
黄铜: 铜和锌的合金称为黄铜。它们的机械性能较好, 且 ··
有较高的耐腐蚀能力。根据成分和用途的不同, 单纯铜和锌的 合金称为普通黄铜; 除了铜和锌以外, 又加入其它化学元素, 称 为特殊黄铜, 通常有镍黄铜, 硅黄铜, 铝黄铜和锰黄铜等。各 种黄铜的成分、 性能和用途在各种机械手册中匀能查到。 根据此式, 有金属的切削加工性要比黑金属好。但是 在工件车削过程中, 切削加工性并不是衡量是否容易车削的唯 一标准。因为有金属的各种特性, 都可能给车削工作带来一 定的困难, 有时甚至使它变得比黑金属更难车削, 其原因如 下。
有金属的强度一般都比黑金属低得多。因此在工件装 卡时容易产生变形。在车削过程中, 切削力过大时也容易使工 件变形; 有些有金属的塑性和韧性较好, 车削时的切屑碎末 很容易粘附在切刀上, 使刀刃产生刀瘤, 影响工件加工表面粗 糙度; 有金属材料的硬度低, 工件在装卸、车削或搬运、存 放过程中, 都很容易使工件表面划伤、碰伤或夹坏; 有金属 工件的表面粗糙度要求较高, 一般都通过精车直接达到, 可是 有些有金属材料如铝合金, 质地不够致密, 车削后很难达到 表面粗糙度的要求; 铸造铝合金等有金属, 往往在合金中夹 杂有很多硬的质点, 使刀具很容易被磨损; 有金属的线膨胀 系数比黑金属大, 因此在车削过程中测量出来的尺寸往往不 是工件在常温时的实际尺寸, 造成操作上的困难, 镁合金在车 削过程中很容易引起发火燃烧, 造成事故。 3 常用有金属合金的车削特点 311 铜合金工件的车削。
31111 铜合金的强度、硬度比碳素钢和合金钢低, 切削加工性
好。车削时可以采用比较高的切削规范要求, 如切削速度可以 提高到 200% 左右。
31112 青铜比较硬脆, 车削时和切削灰铸铁有些类似; 黄铜比
较韧软, 车削时很容易“扎刀”, 但比较容易获得良好的加工表 面粗糙度。
31113 车削铜合金时, 车刀的使用寿命比车黑金属要高一
青铜: 铜和锡的合金称为青铜。但因锡非常稀少, 而且很 ··
贵, 制造时往往用其它元素来代替, 所以铜和铝、铅、硅、镍、 锰等元素所组成的合金, 也都叫做青铜, 或称特殊青铜。青铜 一般都经过铸造制成, 它的强度、硬度和耐腐蚀性能都比黄铜 高。根据所加入元素的不同, 青铜又分为锡青铜、铝青铜、铅 青铜、硅青铜、锰青铜等。它们的用途、机械性能和化学成分 在各种机械手册中也可查到。 112 铝和铝合金
铝的比重为 217g ƒc m 3 , 熔点是 658℃, 有高的导电性、导 热性, 并有很好的塑性和耐腐蚀性。纯铝的强度和硬度很低, 但 加入少量其它元素就可以大大提高, 因此在工业上采用较多的 还是铝合金。铝合金按制造方法的不同, 可分为铸造和可压延 变形两大类。可压延变形的又可分为热处理可强化和热处理不 可强化的两类。不可强化的铝合金强度低, 塑性较好。可强化 的铝合金强度较高。这类铝合金可分为防锈铝合金、硬铝型合 金、锻铝型合金等。铸造铝合金可分铝铜合金、铝硅合金、铝 镁合金和铝锌合金等。其中最常用的是铝硅合金, 我们在车削 加工中最常遇到的也就是这种铸铝合金。 113 镁和镁合金
镁比铝还轻, 比重为 1173g ƒc m 3
, 是工业上最轻的金属。熔 点是 650℃, 当温度升高到 410℃～ 450℃时, 镁便会强烈氧化
而燃烧。镁的强度非常低, 抗蚀性能也很差, 因此在工业上一 般只使用镁合金。镁合金可分为铸造合金和变形合金两类。它
的机械性能比较高, 比铝合金有更大的承受冲击载荷的能力, 而且容易切削加工和进行表面修饰, 因此在机械制造工业上采 作者简介: 李贵德 ( 19472) , 男, 太原人, 工程师, 中专; 贺安国 ( 19502) , 男, 山西寿阳人, 工程师, 大专。
102 山西机械2000 年增刊
些。但在切削某些青铜铸件时, 车刀很容易被磨损。金属工件的。
412 车刀的构造和种类
车削有金属工件的车刀, 它的构造和普通车削黑金属
工件的车刀基本上相同, 由切削部分和刀杆两大部分组成。车
刀的切削部分见图1, 由前面、后面、切削刃和刀尖所组成。根
据用途的不同, 车刀有外圆车刀、端面车刀、切断车刀、成形
车刀和镗孔车刀等。
31114 铜合金强度比碳素钢和合金钢低得多, 在受到外力作
用以后, 比较容易变形, 因此在装卡工件时稍不注意, 就容易改
变原来的形状。
31115 黄铜和青铜的线膨胀系数都比钢的线膨胀系数大, 因
此铜合金工件在车削过程中温度升高对尺寸变化的影响也较
大。
312 铝合金工件的切削
31211 铝合金强度和硬度比铜合金还要低, 因此车削时可以采
用更高的切削规范。车削速度可比碳素钢提高3 倍左右。
31212 大部分铝合金的塑性都较好, 而且熔化温度比较低, 因
此在高温高压的作用下, 表面分子结合能力很大, 金属很容易
粘附在车刀表面上, 形成刀瘤, 因而影响加工表面粗糙度精度。
31213 铸造铝合金材料的组织结构一般都不够致密, 车削后往
往不容易获得较高的加工表面粗糙度。
31214 铝合金的线膨胀系数比黄铜、青铜还要大, 因此在加工
过程中, 铝合金工件受热后尺寸的变化比铜合金还大, 影响成
品尺寸更为突出。
31215 车削铝合金时, 刀具的使用寿命一般都是较高的。但是
铝硅合金中硅的硬质点也会影响刀具磨损。
31216 车削铝合金时, 一般可以不用冷却润滑剂。精加工时为
了减少切屑碎粒在车刀上的粘附, 可用煤油或煤油和机油的混
合液进行润滑。
31217 铝合金的强度比铜合金更低, 工件在装卡夹持和加工
时, 更容易产生变形, 所以在装卡工件时用力不能太大, 车削时
的切削力也不能过大, 以免引起变形。
31218 铝合金不但抗拉强度低, 而且延伸率也很低, 特别是铸
铝和冷硬化的铝材, 脆性较大, 因此在铝合金工件上车制内螺
纹时, 很容易产生崩扣现象。
313 镁合金工件的车削
镁合金是切削加工性最好的一种有金属, 比钢材的切削
加工性高出 5 倍。切削时没有切屑粘附的现象, 材料导热率高,
车削过程中产生的热量会通过工件、切屑和车刀很快地导出。
镁合金工件在车削时具有以下特点。
31311 车削镁合金可以比车削铜合金和铝合金采用更大的切
削速度。
31312 车刀不容易磨损, 使用寿命长, 因此可以用高碳钢或合
金工具钢制成。
图1 车刀的各部分
413 车刀切削部分的几何形状车刀切削部分的几何形状是否
正确, 和加工质量有直接关
系。它的选择方法和普通车刀完全相同, 主要是根据被加工材
料的性质来决定的。
41311 车刀前面的形状
车刀前面的形状一般有3 种, 见图2 所示。
今日立冬祝福语(a)(b)(c)
a- 曲线形带倒棱; b- 平面形带倒棱; c- 平面形
图2 车刀前面的形状
曲线形带倒棱的形状, 主要是为了使切屑易于卷曲和断
裂。车刀尺寸较小时, 刃磨曲线形比较困难, 就可以用平面形
带倒棱代替。车刀前角Χ和后角Α与切削条件关系最大，是选
择的一个重点; 车刀的前角愈大, 刀刃就愈容易切入工件, 切南昌理工学院学费明细
削时阻力也较小。但前角太大, 会削弱车刀的强度, 刀尖容易
崩裂。因此车削强度较低的材料时, 一般可以采用较大的前角。
当车刀采用大的后角时, 刀尖变得比较锐利、而且能够减少车
刀后面对加工表面的摩擦。但后角太大了, 也会削弱刀尖的强
度。因有金属强度和硬度低, 较容易和切刀摩擦粘附, 所以
车削有金属时一般选用较大的前后角。
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很容易获得良好的加工表面粗糙度精度。
车削时不必进行冷却润滑。车削过程中切屑
廉颇与蔺相如容易燃烧。工件容易在装卡时产生变形。工
件表面容易被划伤和碰伤。镁合金的线膨胀
系数比铜合金和铝合金都大,
41312 主偏角Υ和副偏角Υ1
经典粤语歌曲qq伤感名字主偏角Υ和副偏角Υ1 的大小，与工件的加工表面质量及
刀具使用寿命有直接关系。主偏角和副偏角愈小, 刀尖的形式
愈粗, 散热的情况愈好, 刀具的使用寿命也就愈长。但主偏角
和副偏角太小, 在车削时容易产生摩擦和振动。因此当加工韧
性大的材料或精车时, 主偏角应该选得大一些。
41313 主切削刃斜角Κ 主切削刃斜角有正、负和零度3 种,
见图3。主切削刃的正负会影响切屑落下的方向。正的主
切削斜角
使刀头较为粗大耐用, 但会使切屑向加工表面卷曲, 因而划伤
工件表面, 这种情况对粗加工影响不大, 对精加工非常不利, 因
工件受
热后的尺寸变化也最为严重, 车削时必须特别注意。
4 车削有金属工件的车刀
411 车刀材料
车削有金属工件的车刀, 一般都用高速钢W 9C r4V 2 或
W 18C r4V 做成。由于有金属的强度和硬度都较低, 所以也可
以用高碳工具钢T 10A 和T12A 的车刀。为了提高刀具使用寿
命, 还经常使用硬质合金车刀, YG6、YG8 是最适合于车削有
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2000 年增刊
山 西 机 械 此精加工应该采用 0～ - 角。
4°
的斜角, 粗加工时用 0～ + 10°的斜 该略低于工件中心, 或者和工件中心一样高; 精镗孔时, 刀尖 应该略高于工件中心, 或者和工件中心一样高。
5 切削规范的选择 511 吃刀深度 t
吃刀深度 t 是根据工件加工余量 大小来确定的。 吃刀深 度愈大, 走刀次数就愈少, 加工时间就可以大大节省。但吃刀 深度过大, 车削时会引起振动, 影响加工表面粗糙度, 也能造 成工件变形。因此在精加工时应选用较小的吃刀深度, 一般在 015m m 以下。吃刀深度能否增大要看工件材料和车刀的特性, 也要看工件的结构形状、工件和刀具安装得是否牢固等。外形 尺寸较大, 结构较结实和安装比较牢固的工件, 就可以采用较 大的吃刀深度进行车削, 反之就应该采用较小的吃刀深度。 512 走刀量 s
吃刀深度确定以后, 就应该根据吃刀深度和其它因素来选 定走刀量 S 。当粗加工时或工件材料较软、夹持比较牢固的工 件, 应选用较大的走刀量。当精细加工时, 为了获得更高的加 工精度和表面粗糙度精度, 或当加工材料较硬、夹持不太牢固 的工件时, 就必须采用较小的走刀量。
增大走刀量对车刀的使用寿命会有一定影响, 但是提高切 削速度远比增大走刀量对刀具使用寿命的影
响要大得多。因此 在很多场合下, 都宁可适当增大走刀量。在实际工作中, 往往 偏重于提高切削速度, 忽视了增大走刀量, 这种情况是不太正 常的。
图 3 主切削刃斜角
41314 刀尖圆角 r
车刀刀尖圆角 r 见图 4, 它可以改善刀尖散热情况, 延长 刀具使用寿命和提高加工表面质量, 但是圆角半径过大会在车 削时引起振动, 使加工表面出现波纹。为了刃磨方便, 也可以
把刀尖圆角改磨成直线过渡刃。
图 4 刀尖圆角
414 车刀的合理使用
要使车削出来的工件合乎要求, 还必须合理使用车刀。首 先应该注意以下几点:
41411 41412 41413 车刀切削部分的几何形状, 必须随时保持正确。 随时观察车刀的磨损情况, 经常保刃的锋利。 车
刀的前面、后面都应该具有较高的粗糙度, 刃口部分
513 切削速度 v
切削速度是车削加工中的一项重要规范, 它会直接影响加 工质量、加工效率和刀具寿命。提高切削速度, 能够提高加工 效率, 但会相应降低车刀的使用寿命, 也会增大车削时的功率。 有金属的强度和硬度都比较低, 因此一般可以比车削黑金 属时提高发削速度 1～ 2 倍。当选定了切削速度后, 就能确定车 削时所需要的车头转速 n
有时还须经过抛光或用油石磨光。车削黄铜等韧软材料, 为了 避免“扎刀”的, 往往需要把车刀刀刃用油石轻轻磨出负倒角。
41414 车刀刀头不能从刀架上伸出太长, 以免车削时振动, 使
加工表面产生波纹。
41415 安装车刀时必须固定牢固, 否则也会在车削时产生振
动。
41416 安装车刀时, 应该注意刀尖和工件中心的相对高度, 如
车外圆时, 工件中心应该和车刀尖一样高; 粗镗孔时, 刀尖应
n = 1000v 3114D
式中: v —— 切削速度 (m ƒs ) ;
D —— 工件直径 (m m )
(上接第 100 页) 从后部工序来看, 对已出现裂纹的连铸坯, 成品板一定有 裂纹。这是有的裂纹在轧制时被焊合所致, 对有大量杂杂的裂 纹处就不易焊合。因此, 降低夹杂含量对后面的轧制焊合也是 有好处的。 3 结论
部产品产生缺陷。
312 对于此裂纹根本解决办法是消除连铸坯上的裂纹。 主要
方法有两种①降低夹杂含量, 可以通过如铁水预处理等方法来 解决; ②使夹杂免于过分集中 (偏析) , 可以通过改变浇注速度、 浇注温度等工艺参数来解决。建议对不同工艺得到的组织予以 分析, 确认最好工艺。
313 对于已出现裂纹的连铸坯, 建议暂时按无损探伤确定其 深度, 对裂纹较浅的继续流通, 以便摸索出裂纹长度、开口度 与其深度的关系后, 加以处理。
综上所述, 可以得出以下几点结论。
311 大部分有裂纹的连铸坯在后部轧制过程中都可被焊合, 有极少部分因夹杂产生的裂纹在后部的轧制中不能焊合, 使后
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