锯床技术

切削理论-铜的切削

日期:2019-11-11 20:53:53


铜是另一种有着高延展性的金属,有着象铝一样的面心立方结构,但是其熔点很高(1083.C).一般来说,铜基合金的切削加工性能优良,与铝的原因一致。尽管其熔点较铝高,但没有由于剪切产生的热量损伤到刀具寿命的程度。高速钢刀具和硬质合金刀具均可用于铜的切削加工,刀具寿命也比较高,其主要的失效方式为后刀面和侧面磨损失效以及前刀面粘结磨损。即使是用碳钢的锯条,也可以达到很高的切削速度,在高速钢刀具引入之前,碳钢刀具的切削速度推荐为100m/min.

铜基合金大批应用在电气设备上和高速全自动设备的配件上。尽管高速车床可以在很高的速度上正常操作,但当车削加工直径相当小的黄铜棒时,最高的Vc就被限制在140~220m/min.


图1- 1紫铜及黄铜切削速度VS切削力

当锯切纯铜时切削速度低时,与切削纯铝的趋势一样,切削力会特别大。如上图所示。当低速切削纯铜时,前刀面的接触面积很大,造成了很小的剪切角和非常厚的切屑。因为这个原因,导电性高的铜被认为切削最困难。在钻削深孔时,这么高的切削力就足以使钻头开裂。加工纯铜还有一个问题就是加工面粗糙的问题,尤其是在低速时,高强度的长切屑非常难以清除。

紫铜通过冷加工后,其加工难度多少会有些缓解,但添加合金后,其加工性能会显著降低。图1- 1冷加工后的铜由于切削时剪切角增大, 切削接触面积减小导致切削力减小的曲线。而当切削70/30的黄铜时,其切削力在低速时也更加显著减小。当切削60/40的黄铜时,由于切屑薄且切屑与前刀面的接触面小,切削力在这几种材料中是最低的。当黄铜中[1]锌的含量越高,其β相也就越高,切削力就越低,刀具磨损变小,切削时能耗降低。黄铜归于易加工材料。


图1- 2易加工的紫铜或黄铜切削速度VS切削力

然而,黄铜的切屑也不容易断,因此,为了改善切屑和加工后的表面光洁度,会添加其他一些元素,降低它的切削难度。通常会加上2~3%的铅,它在黄铜是熔融态时是可熔的,但黄铜固化时,铅会沉淀析出成1~10微米大的小颗粒,在组织中不均匀分布,从而达到降低切削加工系数的目的。这些添加的成分大大的减小了切削力,下图中添加了这些成分后,铜的切削力基本独立于切削速度,切屑厚度比进给厚度也厚不了多少,切屑断成非常短的小片的切屑很容易被处理,刀具的磨损速度也降低了。易切削的铜由于可以使刀具有很长的寿命,切屑容易处理,因此,可以放在全自动的机床上加工。这种铜虽然材料价格高,由于机加工成本低,因此,选用时非常经济,很多小的部件采用它。加铅可以成功降低加工难度的原因主要可能还是降低了材料的延展性,除使切屑断屑外,它还使切屑尽早脱离前刀面,减小切屑与前刀面的接触面积从而减小切削阻力。

在导电性高的紫铜中,也通过添加硫(S)和碲(Te)来改善其切削加工性能,这种添加成分不应对其导电性有显著影响,也不能使其在热加工时使产品出现开裂的现象。通常0.3%的硫或0.5%的碲被添加进来,导电率降低到标准导电率的98%左右。但切削加工性能会显著改善。如图1- 2中, 低速区易切削的紫铜其切削力也基本独立于切削速度。低速时切屑变薄, 接触面积减小,加工面变光滑。

所有双相合金,包括α-β相黄铜和易切紫铜,低速切削时易形成积屑瘤,当刀具速度变高时,比如说30m/min, 积屑瘤就会基本消失,但也有报道紫铜600m/min以下的切削速度时,积屑瘤都会产生。


[1]黄铜是由铜和锌组成的合金。

当含锌量小于 35% 时,锌能溶于铜内形成单相 a ,称单相黄铜,塑性好,适于冷热加压加工。

当含锌量为36%~46%时,有 a 单相还有以铜锌为基的β固溶体,称双相黄铜, β相使黄铜塑性减小而抗拉强度上升,只适于热压力加工

若继续增加锌的质量分数,则抗拉强度下降,无使用价值

代号用“ H +数字”表示, H 表示黄铜,数字表示铜的质量分数。

如 H68 表示含铜量为 68% ,含锌量为 32% ,的黄铜,铸造黄铜则在代号前“ Z ”字,如 ZH62

如 Zcuzn38 表示含锌量为 38% ,余量为铜的铸造黄铜。

H90 、H80单相,金黄色,故有金色共称之,称为镀层,装饰品,奖章等。

H68、 H59 属于双相黄铜,广泛用于电器上的结构件,如螺栓,螺母,垫圈、弹簧等。

一般情况下,冷变形加工用单相黄铜热变形加工用双相黄铜


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