雷占英

中信渤海鋁業(yè)控股有限公司

鋁合金的高速切削加工技術(shù)研究

雷占英

中信渤海鋁業(yè)控股有限公司

高速加工技術(shù)作為一種重要的先進(jìn)制造技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并持續(xù)快速的發(fā)展，與傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)相比，更加突顯出其諸多方面的優(yōu)越性能。依仗精密的高速加工機(jī)床或加工中心，使用優(yōu)異的編程軟件及合格的編程人員，通過選用相應(yīng)的專用切削刀具，在機(jī)床主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)、刀具切削速度及工件加工速度極高的條件下，達(dá)到單位時間內(nèi)較高的材料去除率，同時滿足被加工材料的高精度及高表面質(zhì)量的最終要求，已成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)。

高速切削；加工技術(shù)；應(yīng)用

高速切削加工技術(shù)則是鋁合金領(lǐng)域中的新發(fā)現(xiàn)，全面促進(jìn)了鋁合金的材料、控制系統(tǒng)、以及刀具材料的發(fā)展，提高了切削的生產(chǎn)速度，同時也降低了切削刀具的磨損程度，在鋁合金中發(fā)揮了很大的作用。為了進(jìn)一步了解高速切削的加工技術(shù)，還需要不斷了解該技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 鋁合金性能與高速切削加工

鋁合金金屬性能純鋁密度小、熔點(diǎn)低、可塑性強(qiáng)、抗腐蝕性能好，但是由于純鋁強(qiáng)度低，無法被用作結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)過長期的實(shí)踐，在鋁中加人其他的金屬元素可以提高鋁的強(qiáng)度，抗腐蝕性，能夠使其高溫耐熱大規(guī)模的應(yīng)用于制造業(yè)。在鋁合金加工過程中，容易出現(xiàn)加工碎屑粘附鋁合金表面，導(dǎo)致鋁合金表面粗糙。同時，由于鋁合金容易熱脹冷縮，且加工過程排熱不暢，這將造成鋁合金無法加工精密零件。鋁合金適合被廣泛應(yīng)用，但是，鋁合金在加工中存在很多問題，需要不斷地改善鋁合金的加工。

高速切削加工是在傳統(tǒng)刀具切削加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型切削加工技術(shù)，不僅具有傳統(tǒng)切削技術(shù)的特點(diǎn)和功能，還能完成工件的高效加工。而作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，數(shù)控高速切削加工需要涉及到切削機(jī)理、切削刀具、切削機(jī)床和切削監(jiān)控等多種技術(shù)，所有高速切削加工技術(shù)都離不開關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。在面對不同的加工材料時，想要完成材料的高速加工還要了解材料切削的形成機(jī)理，并且掌握切削力和切削熱的變化規(guī)律，從而合理進(jìn)行切削用量的選擇，并確定高速切削的工藝規(guī)范。

2 高速切削加工的影響因素

2.1 切屑變形對切削過程的影響

首先，工件材料的強(qiáng)度越大，會使切屑的變形越小。其次，刀具的前角增大時，沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩的流出，金屬切屑的變形也會變小。最后，在其他切削條件不變的情況下，切削速度對材料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤這一段，另一個是無積屑瘤段。在有積屑瘤產(chǎn)生時，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，實(shí)際刀具前角也越大，切屑的變形相對減少。在無積屑瘤產(chǎn)生時，切削速度越大，摩擦系數(shù)越小，切屑的變形越小。

2.2 刀具前角對切削過程的影響

刀具前角是指在正交平面內(nèi)測量的刀具前刀面與基面之間的夾角，前角的大小主要解決刀頭的堅(jiān)固性與鋒利性的矛盾。因此，首先要根據(jù)加工材料的硬度來選擇前角，加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值；其次要根據(jù)加工性質(zhì)來考慮前角的大小，粗加工時前角要取小值，精加工時前角應(yīng)取大值。

2.3 刀具刃口半徑對切削過程的影響

刀具刃口半徑是衡量刀具刃口鋒利程度的指標(biāo)。當(dāng)?shù)毒叩那敖呛秃蠼谴_定后，刃口半徑越小，刀具切削力和被切金屬的變形越小，越有利于降低加工表面粗糙度。當(dāng)刃口半徑約為幾個微米時，刃口觸點(diǎn)(不論是切削還是刃磨時)的受壓應(yīng)力是極高的，這不僅要求刀具材料有很好的性能，而且要求加工系統(tǒng)的動態(tài)剛度和被切材料(包括刃磨砂輪)的均勻性也要有很高指標(biāo)，以免因振動和沖擊造成刃口崩裂破損。

3 高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 刀具材料的選擇

涂層材料刀具。涂層刀具中的涂層材料主要分為兩大類，一類為硬涂料，如常見的TiC、TiN等涂層刀具，這兩種涂料具有很強(qiáng)的抗磨損能力；另一類為軟涂料，如常見的WS等涂層刀具，這類刀具的的摩擦因數(shù)較低，因此能夠降低切削的力度。采用軟涂層刀具能夠加強(qiáng)工件表面的光滑度，延長刀具的使用年限。

陶瓷材料刀具。陶瓷材料刀具具有較高的硬度和耐磨能力，因此，陶瓷材料刀具適用于硬度較高的材料；陶瓷材料刀具的抗高溫性能較好，因此，適用于高溫下的工件切削；陶瓷材料道具還具有良好的抗粘結(jié)性能，因此，在切削的過程中不易引發(fā)粘連，可見陶瓷材料刀具的化學(xué)性能較好，穩(wěn)定性較高。

金剛石刀具。金剛石是自然界中硬度最高、導(dǎo)熱系數(shù)最好的物質(zhì)，因此，金剛石刀具同樣具有很高的硬度，在進(jìn)行高速切削時，金剛石刀具的磨損力度較小。但是，由于經(jīng)濟(jì)性較差，焊接工作十分困難，金剛石刀具的實(shí)用性較低。

3.2 施工工藝流程

高速切削加工通常會使用順銑加工，從而使刀具在切入工件時產(chǎn)生最大的切削厚度，然后逐漸減小工件的切削厚度。而在進(jìn)行模具零件的加工時，可以采用多次加工的方式依次完成零件的粗加工和細(xì)加工，切削深度則均為2mm。其中，粗加工采取了高切削速度、小切削量和高進(jìn)給率組合的工藝方案，可以完成零件的初步加工。精加工采取的三維螺旋策略，可以在很少抬刀的情況下生成連續(xù)光滑的刀具路徑，結(jié)合了等高加工和螺旋加工的優(yōu)勢。而采取這樣的加工技術(shù)，可以有效縮短模具的加工時間，并且能夠使加工表面質(zhì)量得到改善。

3.3 切屑排除

高速干切削在一定程度上具有極大的優(yōu)勢，但刀具承受了較高的溫度，刀具與工件、刀具與切屑、工件與切屑之間的相互摩擦必定會產(chǎn)生一些負(fù)面影響，于是優(yōu)化排屑勢在必行。除從刀具方面入手改善外，還應(yīng)建立起相應(yīng)的排屑布局，如：盡量采用立式主軸傾斜式床身；將工件安裝在主軸下部，借助重力作用排屑；采用虹吸現(xiàn)象排屑；采用真空或噴氣系統(tǒng)改善排屑條件，使得切屑排除問題得以緩解或根本解決。

綜上所述，在高速切削加工技術(shù)出現(xiàn)運(yùn)用之后，為鋁合金的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用，鋁合金的發(fā)展也得到了很大提升。高速切削技術(shù)與鋁合金技術(shù)的結(jié)合，提升了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，也促進(jìn)了工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展。

[1]晉太洋.鋁合金在高速切削加工中表面粗糙度的研究[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，01：52-55.

[2]陸海鈺.高速及超高速切削加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)械制造，1999，05：6-8.