课题十三 特种金属和非金属材料的车削

课题十三特种金属和非金属材料的车削13.1铜合金材料的车削学习目标了解铜合金的车削特性。掌握车削铜合金材料刀具的几何角度。合理选择车削铜合金材料的切削用量。一、基础知识1．铜合金的车削特征铜及铜合金的导电性和导热性好，抗磨性高，并有很好的抗锈蚀性能，强度和硬度都比普通碳钢低，切削加工性能好，属易切削测量。2．车削铜合金材料的刀具车削铜合金材料时，常用的刀具材料有：高速钢（W18Cr4V）、钨钴类硬质合金（YG6、YG8）等。对一些特形零件的车削，也可采用碳素工具钢（T10A、T12A）和合金工具钢（9SiCr、GCr9）作为成型刀材料，用这些材料作为刀具，刃磨比较方便，但刀具的耐用度较低。3．车削铜合金材料的切削用量车削铜合金材料的切削深度和进给量，与车削一般钢材相同。而切削速度因其比较容易切削可取大些，粗车时取v

=

100m/min，精车时取v

=

300m/min，选取时还应考虑机床工件、夹具、刀具等工艺系统的刚性，刚性好可取大值，刚性差可适当降低。二、铜合金材料工件的车削实例练习【练习13.1】车削铜合金型套。如图13.1所示，材料为锡青铜，小批量生产，毛坯为长棒料。1．工艺分析图13.1铜合金型套2．车削加工的工艺与步骤（1）车削外特型面（2）车削内特型面（3）切断内外特型面车削完毕后，用切断刀进行切断。图13.2用成型刀车削外特型面

图13.3用成型刀车削内特型面1—工件2—内孔特型面成型刀3—成型刀刀杆4—尾座套筒【练习13.2】车削铜合金套。图13.4所示的零件，材料为铸造黄铜，单件生产。1．工艺分析图13.4铜合金套2．车削加工工艺及步骤（1）粗车内外表面。（2）半精车内外表面及端面。（3）精车内外表面。图13.5车内外圆表面工序图图13.6车削内外表面及端面工序图

图13.7精车内圆及端面工序图三、车削铜合金工件容易产生的问题与注意事项（1）铜合金材料粗车、钻孔、铰孔和车削螺纹时应使用冷却润滑液。（2）精车时，要注意工件的热胀冷缩现象，避免汗手摸工件，以防手汗侵蚀已加工表面，再车削时车刀打滑。（3）由于铜合金的强度和硬度较低，因此在装夹零件时，其夹紧力要均匀，且夹紧力不宜过大，以防零件变形。13.2铝、镁合金材料的车削学习目标了解铝、镁合金的车削特性。掌握车削铝、镁合金材料刀具的几何角度及切削中应注意的问题。合理选择车削铝、镁合金材料的切削用量。一、基础知识1．铝、镁合金的车削特性（1）铝合金具有足够的耐蚀性，而镁合金抗腐蚀能力较低，与酸、碱、盐等物质相接触或处于潮湿的空气中，零件极易被腐蚀，因此应在干燥的环境中加工。（2）铝、镁合金车削时，刀具耐用度较高，用一般碳素工具钢或高速钢刀具即能进行加工。（3）铝、镁合金熔点低，当温度升到400℃以上时，镁合金容易燃烧起火。（4）比较容易获得较小的表面粗糙度。（5）铝、镁合金加工时动力消耗低。（6）铝、镁合金在加工过程中装卸和搬运较为方便，可减少劳动强度。（7）当生产批量较大时，可将加工工序分散，粗、精加工分开；选用高速钢车刀；采用多刀多刃或单刀多刃加工，可节省对刀时间，刀架转位时间和工件的测量时间等。2．车削铝、镁合金所使用的刀具（1）刀具材料（2）刀具角度（3）刀具的刃磨要点3．切削用量的选择4．车削铝、镁合金材料用的几种典型刀具（1）加工铝合金车刀。①刀片材料为YG8，刀杆材料为45钢。②采用大前角，前面磨成圆弧形，无倒棱，刃倾角，前刀面表面粗糙度为Ra0.4，以减少切屑的粘附。③主偏角，副偏角，刀尖圆弧半径R=0.5～1mm，使刀尖有一定的强度。④后角，后刀面的表面粗糙度为Ra0.4，以减少后刀面与加工面的摩擦。图13.9车削铝合金的弯头车刀（2）加工铝、镁合金多刃车刀。①刀片材料为YG8，刀杆材料为45钢。②车刀特点。③切削用量。图13.10加工铝、镁合金车刀二、铝、镁合金材料工件的车削实例练习【练习13.3】车削铝合金零件。如图13.12所示，材料为铸造铝合金（ZL105），单件生产。1．工艺分析图13.12铝合金零件图本零件的工艺路线为：粗车→时效→半精车→钻孔→低温时效→精车。2．车削加工工艺和步骤（1）粗车。（2）热处理。（3）半精车。图13.13半精车外圆及端面（4）修研。（5）如图13.15所示，将工件B端面紧贴花盘，用螺栓和螺母等预压紧，按表面d找正，跳动量不得大于0.05mm，最后均匀压紧工件，精车表面D、d、N。图13.15精车内外圆和端面【练习13.4】镁合金零件的车削。如图13.16所示。材料为镁合金（MB1），小批量生产，毛坯为长棒料。图13.16镁合金零件图1．工艺分析2．车削加工工艺及步骤（1）粗车（2）精车图13.17镁合金零件粗车工序图①精车28mm外圆及其端面，保证尺寸总长28mm及台阶尺寸10mm，如图13.18（a）所示。②镗内孔mm至图样要求，如图13.18（b）所示。③车削内梯形槽至图样要求，如图13.18（c）所示。④用车外圆的刀刃，工件反转，镗削内孔

mm至图样要求，并保证尺寸11mm，如图13.18（d）所示。图13.18镁合金零件精车工序三、车削铝、镁合金零件易产生的问题及注意事项1．车削铝合金材料易产生的问题及注意事项（1）铝合金虽然具有良好的加工性能，但切削时容易产生弹性变形，使零件的内外圆产生圆度误差和端面跳动误差，特别是薄壁零件更为显著。（2）要掌握铝合金在切削过程中的热胀冷缩规律。（3）粗车时用乳化液；精车时用煤油或压缩空气，而不能用乳化液，以防止腐蚀现象发生。（4）由于铝合金材料软，精车时应防止磕碰和划伤。2．车削镁合金材料易产生的问题及注意事项（1）镁合金在机械加工中，切削热在400℃以上时容易燃烧，尤其是潮湿的镁合金碎屑，在450～480℃时具有自燃的危险。（2）镁合金的抗蚀能力极差。①清除工件表面污垢脏物，保持清洁，以保证氧化质量。②用100号汽油除油，并用浸有汽油的纱布将零件表面擦净，在空气中自然干燥。③用配好的亚硒酸钠溶液进行氧化（棕红色），同时可在木棒上绑上棉花球，将亚硒酸钠溶液轻涂于工件表面，使之自然干燥，多余的溶液用棉花或纱布除去。（3）装夹工件时夹紧力不宜过大，且应均匀，以防工件变形；加工时应适当加大工件尺寸，或把公差控制在上限，以使工件冷却后获得图样要求的正确尺寸。13.3高温合金材料的车削学习目标了解高温合金材料的车削特性。掌握车削高温合金材料的基本知识。一、基础知识1．高温合金材料的车削特性（1）所需切削力大。（2）容易产生加工硬化。（3）切削温度高。（4）刀具耐用度低。（5）属难加工材料。2．车削高温合金材料所使用的车刀（1）刀具材料。（2）刀具几何角度。（3）车刀的刃磨要点。3．切削用量的选择（1）切削速度实践证明，切削高温合金材料时，由于刀具急剧磨损变钝，切削速度都选得较低，仅为切削普通碳钢时的1/10。（2）切削深度。粗车时取p

=

3～7mm，精车时取p

=

0.15～0.4mm。（3）进给量。粗车时取f

=

0.2～0.35mm/r，精车上取f

=

0.1～0.16mm/r。4．车削高温合金材料的几种典型刀具（1）加工耐热合金钢车刀，如图13.19所示。①刀具材料②车刀特点③切削用量④应用范围图13.19加工耐热合金车刀钢（2）车削耐热合金钢的双刃镗孔车刀，如图13.20所示。①刀具材料：刀片材料为YW2，刀杆材料为45钢。②车刀特点：刀尖角140°，具有双面过渡刃、修光刃和双面断屑槽；刀杆强度好，排屑流畅，断屑良好，可以进行大走刀及反正走刀切削；既可用于粗镗孔也可用于精镗孔。③切削用量：切削深度p

=

1～2.5mm，进给量f

=

0.5～1.2mm/r，切削速度v

=

50～100m/min。④应用范围：适于加工铬镍钼等耐热合金钢。（3）加工淬火钢车刀。加工淬火钢突出的特点是工件材料硬度高，脆性大，切削抗力和切削热大，刀具容易磨损和崩刃。①刀具材料②车刀特点图13.21加工淬火钢车刀（4）断续切削淬火材料端面车刀，如图13.22所示。（5）淬硬件车刀，如图13.23所示。图13.22断续切削淬火材料端面车刀图13.23淬硬件车刀二、高温合金材料工件的车削实例练习【练习13.5】如图13.24所示，是高温合金材料的盘类零件，材料为4Cr22Ni4N，毛坯为锻件，单件生产。图13.24高温合金圆盘1．工艺分析2．车削加工工艺和步骤（1）粗车（2）半精车和精车图13.25粗车端面及外圆

图13.26粗车内孔及端面图13.27粗车内孔及台阶

图13.28粗车内外圆及端面图13.29精车基准面

图13.30精车左边内孔及端面图13.31精车右边内孔及端面三、车削高温合金材料的工件时，易产生的问题及注意事项（1）刀具应具有大的刚性和良好的刃磨质量；应随时注意刀具的磨损情况，防止刀刃不锋利产生挤压变形、扎刀和烧伤等。（2）使用冷却润滑液时，应连续而不间断，在车削过程中不能突然冷却，以防硬质合金刀片因温度急骤下降产生裂纹或碎裂。（3）精车时，零件尺寸公差应控制在上限，或适当留出尺寸的收缩余量，防止零件冷却至常温时，因尺寸缩小导致零件报废。（4）在车削高温合金材料时，应选用功率较大的机床设备。13.4不锈钢材料的车削学习目标了解不锈钢材料的车削特性。掌握车削不锈钢材料刀具的几何形状和刃磨要点。合理选择车削不锈钢材料的切削用量。一、基础知识1．不锈钢材料的车削特性2．车削不锈钢材料的刀具（1）刀具材料（2）刀具几何参数刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具的耐用度、被加工表面的表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响。（3）车刀的刃磨要点3．切削用量的选择4．车削不锈钢材料的几种典型刀具（1）车削不锈钢外圆车刀，如图13.32所示。图13.32车削不锈钢外圆车刀（2）90°机夹不锈钢定前角外圆车刀，如图13.33所示。（3）不锈钢切断刀之一，如图13.34所示。图13.3390°机夹不锈钢定前角车刀1—刀杆2—内六角螺钉3—压板4—断屑块5—刀片6、7—紧固螺钉图13.34不锈钢切断刀（4）不锈钢切断刀之二，如图13.35所示。图13.35套类不锈钢切断刀二、不锈钢材料工件的车削实例练习【练习13.6】车削如图13.36所示零件，材料为铬镍不锈钢，毛坯为锻件，单件生产。图13.36不锈钢套1．工艺分析图13.37锻件毛坯图2．车削加工工艺和步骤（1）粗车（2）半精车和精车图13.38粗车大端各表面

图13.39车削小端各表面图13.40半精车和精车大端表面

图13.41精车小端各表面13.5非金属材料的车削学习目标了解橡胶、玻璃钢、有机玻璃和夹布胶木等非金属材料的车削特性。掌握车削橡胶、玻璃钢、有机玻璃和夹布胶木材料所使用刀具的主要参数及切削用量的选择。掌握车削橡胶材料时工件的装夹方法。一、基础知识1．车削特性（1）橡胶的车削特性。橡胶材料具有较高的弹性、可弯曲性、耐磨性、抗腐蚀性及良好的绝缘性。（2）玻璃钢材料的车削特性。玻璃钢是用玻璃纤维或玻璃布增强的工程塑料。（3）有机玻璃的车削特性。有机玻璃能溶于丙酮、醋酸乙脂及芳族烃和氯化烃类；能抗烯酸、烯碱、石油和乙醇；还具有较好的绝缘性。有机玻璃对温度变化较敏感。（4）夹布胶木材料的车削特性。夹布胶木是经侵渍酚或甲酚甲醛脂醇树脂的棉织品叠层压制而成的，待干燥后，切边修饰而成板材或棒材。2．刀具的选用（1）切削橡胶的刀具。①刀具材料。切削橡胶常用的刀具材料有：T8A、T10A、T12A工具钢和W9Cr4V2、W18Cr4V高速钢。②刀具的种类及几何形状。a．外圆车刀。b．套料刀。c．内端面车刀。d．切断刀。图13.42车削橡胶的外圆车刀

图13.43车橡胶的套料车刀（2）车削玻璃钢的车刀。①刀具材料：一般采用钨钴类硬质合金的YG6和YG8。②刀具角度：常用车刀取前角0

=

25°～30°，后角0

=

10°～12°，其余几何角度与通用车刀相同。（3）切削有机玻璃的刀具。①刀具材料：切削有机玻璃常用的刀具材料有YG6、YG8和W18Cr4V等硬质合金和高速钢。②刀具角度：前角0

=

30°～40°，后角0

=

10°～12°，其余几何角度与通用车刀相同。（4）切削夹布胶木的刀具。①刀具材料：切削夹布胶木常用的刀具材料有YG6、YG8和W18Cr4V等。②刀具角度：前角0

=

35°～40°，后角0

=

12°～14°，其余几何角度与通用车刀相同。3．切削用量的选择（1）车削橡胶纵向车削时，切削速度可取v

=

40～60m/min，纵向进给量取f

=

0.1～0.5mm/r，切削深度取p

=

0.5～3mm。（2）车削玻璃钢车削玻璃钢时进给量可取f

=

0.1～0.6mm/r，切削速度和切削深度可参考一般钢材选取。（3）车削有机玻璃车削有机玻璃时，进给量可取f

=

0.08～0.3mm/r。切削速度粗车时比车削一般钢材略高，精车或车削薄壁有机玻璃件时比车削一般钢材略低，这是为了减少热变形。切削深度可参照一般钢材选取。（4）车削夹布胶木车削夹布胶木时，进给量可取f

=

0.1～0.4mm/r切削速度和切削深度与一般钢材相同。二、车削非金属材料工件的实例练习【练习13.7】车削如图13.46所示的6种橡胶零件。1．工艺分析2．车削加工工艺和步骤（1）车削如图13.46（b）所示的零件。①