难熔金属和纯金属的切削加工（下）

魔神

    

纯铜散热片

12.怎样对纯铜进行切削加工？

切削纯铜没有什么特殊的困难，关键是要解决好粘刀和断屑问题。刀具材料可选用W18Cr4V高速钢和YG3、YG6、YG8等硬质合金刀片。

纯铜的韧性、塑性大，切削时热变形大。要求刀具锋利，切削轻快，排屑顺畅，并尽量降低切削温度。车削纯铜常采用大前角和后角，一般γ_O=25º～35º，α_O=12º～15º，λ_s=0º～3º。卷屑槽磨成浅而宽的圆弧形。如果在后刀面上磨出几条弧形槽，使主切削刃成波纹形的搓板状(如图10-1所示)，其切屑呈瓦楞状。而且，瓦楞筋条增大了切屑拳曲方向的刚性，拳曲时消耗的能量增加，使变形增大，脆性上升，切屑易于折断(见图10-2)。

切削纯铜可以选用较高的切削速度，一般ν_c=120～170m/min，a_p=3～15 mm，f=0.3～0.6 mm/r。由于纯铜的线膨胀系数大，应注意控制切削温度，精加工应在工件冷却后进行，以保证尺寸和几何精度。

YG类硬质合金的磨加工性较好，可以磨出锐利的刃口，适于加工纯铜等有色金属。但焊接刀具刃磨较困难，一般选用机夹结构刀具，刀片选择可转位式。可转位式刀片的槽形系压制而成，各种变截面槽形、多级槽形使断屑范围很广。切削纯铜时，可根据工件的切削条件选择断屑效果好的刀片，鐾研后面即可使用。

13.纯铜有哪些磨削特点？

纯铜在常温下硬度很低，又有极好的绝磁性能，广泛应用于电子元件。但对它进行磨削时，比磨淬火钢困难得多。磨削时有其特殊性，容易产生划伤、烧伤、热变形和砂轮粘附磨损等问题。

(1)划伤：纯铜划伤的特征是在工件表面上断断续续地呈现出一道道沟状凹痕，手摸有粗糙感，一般深度为0.5～17μm。这种划痕与砂轮磨粒的粗细、结合剂种类有关，与砂轮的磨料无关。它是由砂轮脱离下来的自由磨屑落入磨削区划伤工件所致。防止的方法是，在精磨时应选细粒度、石墨结合剂的砂轮，在冷却液中加入一定数量的皂化油(与水比例为1：32)，即可防止划伤。

(2)烧伤与热变形：纯铜是一种热敏较强的材料，它的导热系数为393W/(m·K)，是45号钢的7倍，线膨胀系数是45号钢的1.5倍，磨削时易使工件表面发热，产生热变形。当砂轮在磨削中钝化后，这种现象更为严重，而且会产生烧伤。所以，在磨削纯铜时，冷却液必须自始至终很充足。

(3)砂轮的粘附性磨损：纯铜的硬度只有HB35～45，是一种超软金属。而磨粒的硬度高达HV2000～2700，两者相差几十倍。因此，纯铜的磨屑容易嵌入砂轮的容屑空隙，使砂轮丧失磨削能力。所以粘附磨损是纯铜磨削中惟一的磨损。如果用60号粒度的砂轮，进给量为0.01mm/双行程时，大约5次砂轮就丧失了磨削能力，必须重新修整。砂轮的耐用度很低。砂轮的粒度越小，硬度越高，组织越紧密，砂轮的工作表面越平滑，砂轮的耐用度越低。因此，为了减小砂轮的粘附磨损，必须合理地选择砂轮，在磨削过程中注意冷却液的浓度和流量。

纯铜风扇

14.怎样选择和修整磨削纯铜的砂轮？

(1)砂轮的选择：根据纯铜的磨削特点，为了避免刻入性划伤，应选用树脂结合剂或石墨结合剂的刚玉类或碳化硅为磨料的砂轮。粗磨用粒度为60号～80号、硬度为K的砂轮，精磨用石墨砂轮最好。在无条件的情况下，也可用刚玉类陶瓷结合剂的大气孔砂轮。冷却润滑液必须严格过滤。为了保证精磨的质量，粗磨时就一定要把握磨削质量，使粗磨最终的加工表面不得有任何缺陷。

(2)砂轮的修整：决定纯铜磨削表面粗糙度的一个主要因素是砂轮表面的微刃尖等高性。粗磨时的修整采用一般磨削的修整参数就可以了。精磨时，必须注意砂轮未达到全粘附磨损时，就必须进行修整。为了获得较好的刃尖等高性，采用单颗粒顶角为70º～80º的金刚石笔，在小于1μm的进刀量下往返工作台一次，再空行程一次，这样修整后的砂轮可以磨出表面粗糙度R_a=0.05～0.025μm的优质表面。

为了进一步降低纯铜的磨削表面粗糙度，可选用更细粒度(小于等于W1)的砂轮，并提高砂轮修整后的工作面等高性。采用储、排性能和散热性较好的大气孔砂轮，以提高砂轮的耐用度。磨削时应注意提高冷却液的清洁度，并加大浇注量，以降低磨削温度。

纯铁

15.纯铁有哪些切削加工特点？

纯铁又称工业纯铁，其金相组织是铁素体，硬度为HB80，强度低而塑性、韧性高。切削纯铁时有以下特点：

(1)纯铁的伸长率为50％，加工时变形大，硬化严重，切屑易与刀具粘结，加剧刀具磨损。

(2)切屑不易折断，常缠绕在工件或刀具上，影响切削的顺利进行和工件的加工表面质量，切削时切削温度较高，影响刀具耐用度。

(3)在纯铁中加入1％的镍、锰或硅，可使晶体结构发生不同程度的变化，力学性能也随之发生变化，强度、硬度提高而塑性、韧性降低，因而其切削加工性可以得到改善。

 纯铁

16.怎样对纯铁进行切削加工？

切削纯铁可选用高速钢和硬质合金作刀具材料。一般粗车时用W18Cr4V高速钢、YG8硬质合金，精车时可采用YT14硬质合金刀具。纯铁的硬度低而塑性大，应加大刀具前角，γ_O=25º～30º，α_O=8º～10º，α′_O=6º～8º，Κ_r=35º～75º,Κ′_r=5º～15º，λ_s=0º～3º。前刀面上的倒棱宽度可取0.05～0.15mm，卷屑槽宽度为进给量的15～20倍，卷屑槽圆弧半径可大些，使排屑顺利。切削用量的选择如下：粗车时ν_c=50m/min，a_p=3～6mm，f=0.35～0.4mm/r。精车时ν_c=60～80m/min，a_p=0.1～0.4mm，f=0.1mm/r。

为了取得较好的断屑效果，可采用双刃倾角车刀(见图10-3)进行切削。即在主切削刃上靠近刀尖处磨出第二个刃倾角，使切屑变形充分，能够在较小的进给量时断屑，且刀尖强度好，刀具耐用度高。

17.纯镍有哪些切削特点？

纯镍是铁族银白色金属。纯镍熔点高1452℃)，抗蚀性强，具有一定的机械强度和良好的塑性及耐热性，已在越来越多的领域中得到应用。纯镍的切削加工性极差，在切削时有以下特点：

(1)纯镍的导热系数低，切削温度高且集中在切削区，加剧了刀具磨损。

(2)纯镍的亲和力很强，它与刃具材料中的钴、铁等元素极易发生粘结。

(3)纯镍塑性高，在切削中特别是连续性切削时断屑困难。

(4)切削纯镍不宜使用硬质合金刀具，无论是钨钴类，还是钨钴钛类及碳化钛基硬质合金，它们的粘结相钴、镍、钼等元素都和纯镍有极高的亲和能力。用硬质合金刀具切削纯镍往往都因强烈的粘结磨损而失败。

18.怎样车削纯镍？

(1)刀具材料的选择：由于纯镍对钴、铁、镍等元素亲和力特别强，切削变形大，切削区温度高，因此应当选择抗粘结性能好的刀具材料。低速切削时应选用超硬型M42高速钢。氮化硅陶瓷刀具，对镍不产生亲和作用，可用来车削纯镍。但由于陶瓷的抗弯强度较低，刀刃不易刃磨得十分锋利，对切削韧性高的纯镍效果不十分理想。切削纯镍效果最好的刀具材料是立方氮化硼。立方氮化硼的耐热性和化学稳定性极好，又可以用金刚石磨轮磨出十分锋利的刃口，故切削纯镍的效果很好。试验证明，用DLS-F(CBN)刀具切削纯镍,在切削速度ν_c=100m/min时，其刀具耐用度是M42的50倍；是YM051硬质合金刀具的500倍；是普通高速钢的200倍；是TiN涂层硬质合金的20倍。

(2)刀具几何参数的选择：采用立方氮化硼刀具，γ_O=-5º～0º，Κ_r=90º,Κ′_r=8º，α_O=6º；用M42高速钢刀具，γ_O=5º～10º，其他参数与用立方氮化硼刀具基本相同。

(3)切削用量的选择：纯镍的导热系数较低，切削温度高，宜选择较低的切削速度。采用立方氮化硼刀具的切削速度在100m/min左右；采用M42高速钢刀具的切削速度在20m/min左右。切削深度和进给量与切削一般材料时相同。

(4)断屑问题：断屑是切削纯镍的一个难题，由于立方氮化硼刀具结构的影响，不可能利用断屑槽来断屑，只能通过改变切削参数来解决断屑问题。一般情况下，当γ_O=-5º、Κ_r=90º时，在各种切削用量下均能断屑；当γ_O=0º时，切削速度ν_c=60m/min左右可以断屑；如果γ_O=5º时，只能在切削深度和进给量较大时，才有断屑效果。

镁合金零件

19.镁合金有哪些切削加工特点？

(1)镁合金硬度很低，一般小于HB80，切削时可选用较高的切削用量。应当注意的是，硬度、强度低的材料抵抗塑性变形的能力差，易碰伤、夹坏，排屑不好也会划伤已加工表面。

(2)由于导热系数大，所以切削过程中切屑带走的热量多，刀具磨损小。切削时可不使用冷却润滑液，可采用比切削碳素结构钢高得多的切削速度，刀具耐用度也很高。

3)镁合金线膨胀系数大，热容量较低，尺寸精度不易控制。

(4)镁合金弹性模量小，在切削力和夹紧力的作用下，容易产生较大的弹性变形，使工件不易获得较高的加工精度，也会引起刀具后面与工件已加工表面的剧烈摩擦。

(5)镁合金在400℃以上温度时，细碎屑容易燃烧起火，应随时清除切屑并加强防火措施。

(6)镁合金耐蚀性差，加工完的工件注意不要与其他金属(钢、铜、镍)零件放在一起，以免发生电化学腐蚀。

 镁合金棒

20.怎样切削镁合金？

镁合金的切削加工性较好，切削时可以用YG6、YG8硬质合金和W18Cr4V高速钢。当工件表面质量和尺寸精度要求特别高时，也可以用金刚石刀具进行精细切削。

采用硬质合金刀具，虽然可以提高耐用度，但不如高速钢刀具那样容易刃磨锋利。生产中应用较多的是W18Cr4V，特别是形状复杂的样板刀。

切削镁合金应选较大前角，使切削刃锋利，减少切削变形和切屑与刀具前面的粘结，降低切削力和切削温度，提高刀具耐用度。一般粗车时γ_O=25º～30º，精车时γ_O=30º～35º。后角也应稍大些，因为镁合金的弹性模量小而线膨胀系数大，由弹性恢复和热胀现象造成的后刀面与加工表面的摩擦也很严重。粗车时α_O=10º～12º，精车时α_O=12º～15º。刀具的其他几何参数为：Κ_r=45º～90º,λ_s=5º～10º。

镁合金优良的切削性能使其可以采用大进给量和高速切削。但由于弹性模量小、刚性差、线膨胀系数大，容易产生弹性变形、塑性变形和热变形。为了限制切削力和切削温度，切削用量也不能过大。特别是精车时必须限制温度的升高，以保证加工精度和表面质量。

在选择切削用量时，应充分考虑工件结构刚性和加工余量。刚性好和加工余量大时，可采用较大切削深度和进给量；刚性差或切削薄壁件时，应采用较小的进给量；镁合金碎屑容易起火燃烧，加工时切削深度不可小于0.05 mm。一般粗车外圆时ν_c=300～500m/min，a_p=3～10mm，f=0.3～1.0mm/r。精车时ν_c=600～900m/min，a_p=0.5～2mm，f=0.1～0.3mm/r。