铝合金切削刀具加工参数分析与选用

1、铝合金切削刀具加工参数分析与选用冷加工www. metalworklngi950. com冷加工www. metalworklngi950. com常州纺织服装职业技术学院（江苏213164） 董必薛冷加工www. metalworklngi950. com冷加工www. metalworklngi950. com铝合金是以铝为基的合金的总称，其主要合金元索 有Cu、Si、Mg、Zn等。铝合金的密度都较低，并且具 有优良的导电性、导热性和抗蚀性能。有些种类的铝合 金强度较高，接近或超过优质钢，能用于制造承受载荷 的机械零件；有些则塑性较大，宜加工成形和铸造各种 零件。随君航空、航天、建材和轻工

2、等工业的蓬勃发展 以及日常生活用品需求的快速增长，铝合金发展异常迅 孫，应用日益广泛，其使用量已仅次于钢。1.铝合金的切削加工性铠合金按生产工艺分为变形铝合金和铸造铝合金 （或称铸铝合金）两大类。前者主要包括防锈铝合金、 硬铝合金和超硬铝合金、锻铝合金寻，我国的牌号分别 足LF、LY和LC及LD；后者主要包括硅铝合金、钳铜 合金、铝镁合金和铝锌合金等，我国的牌号是ZI.常用 来制造发动机的气缸体、活塞和油泵等。各种状态下的变形铝合金，其强度和硬度都不高， 切削加工的难度在于有较高的刻性，切削时易形成积鬲 献 难以获得良好的表面质虽:。如LF2及1用、1.Y12和 LD2等变形铝合金在退火状态下

3、的伸长率达20%以上， 切削加工性较差。铸铝合金曹性低，伸长率-般在4%以下，不宜压 力加工，大多数切削加工性较好。硅铝合金的铸造性能 好，力学性能优良，是最重要也是应用最广泛的铸铅合 金。由于硅铝合金组织中含有硅晶体，其切削加工性与 硅的含量有关,硅含最越髙，对刀具磨损越严蛋，切削 加工性也就越差。2切削铝合金的刀具材料从铝合金的切削加工性可知，无论从砂轮还足从零 件的精度和表面粗糙度等方面而言，均不能采用磨削工 艺手段对铝合金进行刃削加工。而无论是车（锂）削、 铳削、钻削中的哪种切削加工类型，都要求刀具耐磨， 切削刃锋锐，具有大的正前角，刀具前、后刀面表面粗 糙度值尽可能小，前刀面抗粘接，

4、排屑流畅等。为此, 涂层和非涂层的中、细晶粒的YG类硬质合金（ISO K10 K20）、聚晶复合金刚石（PCD,也称金刚石烧结体） 以及天然金刚石是适宜的切削铝合金的刀具材料，它们 都可以保证刀具刃口锋利且耐磨损。自20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技 术问世以来，CVD金刚石刀具因其成本较PCD刀具和 天然金刚石低廉、使用性能在许多方面超过PCD的同类 产品而被迅速应用于铝合金的切削加工之中。另外，铸铝合金据其硅含量的不同，选用的刀具材 料也不尽相同。对气12%的铸铝合金可采用ISO K10 K20等硕质合金刀具；当 12%时，可采用PCD 刀具或CVD金刚石刀具；而对于妙达16%

5、 18%的过 硅铝合金，最好采用PCD刀具或CVD金刚石刀具。研 究还表明，PCD刀片粒度号越大，刀具的抗磨损性能越 强。所以，妙“ 12%的铝合金应优选中粒度的PCD刀 片；而 12%的则应优选粗粒度的PCD刀片；在任 何悄况下，细晶粒纽织的PCD刀片不能用来加工 10%的硅铝合金。需要注意的是，加工铝合金不宜采用AI2O3基陶瓷 刀具，因为氧化了的氣化铝切屑（Al2O3）与该刀具材 料相同，切削时会产生化学亲和力而产生粘结与积屑 瘤，逍成摩擦阻力增大而便刀具磨损加快。3. 切削铝合金的刀具几何参数（1）硬质合金刀具 采用硬质合金可转位车刀进行 切削加工时，其刀片儿何参数选择为：前角人=20

6、。， 后角m“l°20。；断屑槽为卷曲导向型或平行类型， 表面应光滑；刀具各二作表面应梢细磨制而成。由于刀 具强度不存在问题，刀尖角®可根据加工需要，在35° 80。间选择。冷加工www. metalworklngi950. com冷加工www. metalworklngi950. com2070 年 M17JW冷加工www. metalworklngi950. comCuUmg ToolsZ2 冷加工www. metalworkingl950. comZ2 冷加工www. metalworkingl950. com如车削、键削加工小型铝合金零件时，可采用小尺 寸

7、的钎炸硬质A金刀具，经桀体刃磨厉使用。主切削刃 参数应选择：前角y=6°左右，后角二1】。20。，刃 倾角儿=0。10。，主偏角伦=75。90。，刀尖角£ 90°,刀尖圆弧半径r,=0.3lnimo如采用硬质合金铳刀进行铳削时，切削刃应保持锋 利，前刀而应抗粘接，排們应流畅。有关切削刃参数选 择为：圆周刃径向前角y.M7。，后角a.NlO。立铳刀 躍旋角0M3O。，人的螺旋角可使圆周刃的实际切削前角 变大。用于粗加工的铳刀，在切削刃上开出分屑槽，或 将切削刃制造成波形刃都能使排眉更好，切削更顺畅， 效率更高。(2) PCD刀具一般而吉，PCD刀片只制成单刃， 其结

8、构形式和几何参数符合GB2076-I980的规定。 PCD刀具的刀尖刃口儿何参数有如F儿种悄形：前角 人=0。、10。，后角 % =7 11 20°,主偏角 k,= 75。、90。，刀尖圆弧半径 r. = 0.05 mm, 0. 1mm、 0. 2mm、0. 4mm、0. 8mm、1. 2mm,各切削参数可根据 加工需求组合应用。(3) 灭然金刚石刀具夭然金刚石刀具的切削刃有 四种基本儿何形状，即尖刃、直刃、圆弧刃和多棱刃。尖刃，在主切削刃和副切削刃之间有圆角，刀尖岡 弧半径仃一般为1.01.8mm,主偏角 45。,副偏角 xr =2%前角九=8.5。，后角ao=0°o该形

9、状切削刃的 刃磨和对刀比校方便，故应用最为广泛，但烧损后需要 立即1：磨。貢刃即修光刃，氏度为0.18-0. 25mm0必须与工 件表面平行或形成极小的副偏角.其刃磨和对刀比较困 难但加工表面帆糙度值校小，多用于铝合金零件表面 质凰要求较高的表面加工。圆弧刃刃口圆弧半径为2.5mm,该形状切削刃的对 刀调整比较方便，但刃磨最困难.多用于对刀调整比较 困堆的场合。具有这种切削刃的刀具在切削时被切金属 的切削区变形程度较人，因而工件的农面粗糙度值校 大。多棱刃，貝有该刃形的刀具切削时，切削层残留面 髙度的实际值和理论值较接近，切削区变形秤度校小, 因而工件衣面质址较好。但其刃磨工作址较大，故其应

10、用并不广泛。4. 铝合金切削用的选择(1) 硬质合金刀貝的切削用負 可采用卡切削或湿 切削。如属精密或超精加工时，可加煤油冷却润滑，有 助于保证加匸质量。加工时切削用量选择如下：切削速度vc:耳=70 - 800m/mino小型钎焊刀具取 较小值，一般为叫=70230m/min；其余类型刀具可选 择300m/min以上。进给星/:车削吋，/ = 0 05 O.3mm/r；锥削时，/ =0. 05 0. 25mm/z0背吃刀蜀叫：车削时，竹=0.2 3mm；铳削时， (沿铳刀轴向)Wd (d为铳刀也径)R最大值不超 过12nun,铳削宽度不超过0.5d。例如，我国航空航天行业对再SiAl铸铝合金

11、、锻 铝合金工件铳削时，切削速度几接近1 000m/min.进给 速度刃接近15m/mint每恆进给量接近0. 35mm/z。(2) ECD刀具的切削用就应根据具体加工条件确 定PCD刀具的合理切削参数。PCD刀具加工铝合金时的 推荐切削用量见表1。表1 PCD刀具加工铝合金时的推荐切削用量加工材料加工方式推荐切削用秋vr/( m min ()f/( mm r'1 )a./mm祖车300-1 5000. 10 -0.400. 10-3.0硅铝合金精车50() -2 0000.05 -0.200. 10*1.0(<13%)铳削$00-3 0000. 10-0. 30mm/x0. 1

12、0-3.0Mi150*8000.05 0400. 10-3.0fit铝合金精车200 -1 0000.02 -0 200. 10-1.0(% >13%)铳削2 001 -5000. 10-0.30mm/z0. 10-3.0(3) 犬然金刚石刀具的切削用就 超梢加工铝合 金材料时，犬然金刚石刀具的推荐切削用扯见表2。表2天然金刚石刀具的推荐切削用刀具材料加工推荐切削用址种类方式%/( di min )f/( mm r 1)aF/mm夭然金刚石力具车削150 4 0000.01 -0.040.001 -0.005Z2 冷加工www. metalworkingl950. comZ2 冷加工ww

13、w. metalworkingl950. com20Y0年第"期I39Z2 冷加工www. metalworkingl950. com71«：W数控机床加工非标大螺距蜗杆沈阳机床股份有限公司(辽宁110141) 杨新伟 陈红海202年第”工 冷加工www. metalworking1S50. com71202年第”工 冷加工www. metalworking1S50. com71图1为沈阳第一机床厂生产的筒速铳床传动机构中 的電要传动部件，属于非标准大缥距蜗杆。若使用卧式 车床加工就必须订制一定模数的交换齿轮，生产周期 长，若这种非标准大螺距蜗杆为单件小批章生产，就会 带来

14、极大的不便。随着生产技术的不断捉髙，数控机床 在加工这种非标准大螺距蝎杆时体现出极大的灵活性, 因而，我们在此次加工中采用了数控机床CAK6150E加 工。蜗杆生产过程中，常出现的打刀、闷车、中径尺寸 超差等现象都能得到很好控制，而II效率大大提髙。为了保证其梯形螺纹的连续性，故在加工时将加工 的蜗杆通过定位销定位后，用胎具紧固在一起，一同加 工内孔花键及螺牙。由图2中胎具的示总图可知，蜗杆通过05H7的销 孔定位后，通过胎具上的花键轴限制其绕轴向的旋转，5. 国外现代铝合金切削刀具的性能水平在美国航空航天匚业中.采用1 000 4 000m/min9 有时高达5 000 - 7 500m/m

15、in的切削速度，2 -20ni/min 的进给速度加工铝合金已比较普遍。例如住加工中心上 铳削GK AlSilOMg (Cu)铝合金，加工参数选择如F: 刀具材料为金刚石，刀具直径160mm,刀具齿数2 = 10. 在两侧压上盖板后使用背帽锁紧。在两侧加上盖板的好 处在于避免背帽损伤工件，使背帽更好地锁紧。同时在 胎具的左端又设貲了一圆销.圆销靠在铁爪上，限制了 胎具绕轴向的旋转，这样有利地避免了在加工过程中因 受力过大而出现的胎具“打滑”现象，极大地保证了加 工的成功性。图2胎具I.胎具2定位销3.背帕4.盖板2.加工步骤(1)粗加工 修磨刀宽为6.5mm的高速钢切刀一 把。岛速钢刀具具有韧性好、易磨削、切削刃锋利、加 工表面粗糙度值低等特点，但在加工过程中要注意冷 却，切削液采用氯化石腊。数控系统编程时，不要采用 循环语句-次性编完整个车削过程，因为这样不利于控 制加工过程中出现的意外情况，对切削盘的调整也体现 出了灵活性差。庄木次加工中.我们编制了如下的程 用，数控系统为CAK615OE KND系统。G50 X250. Z50.:刀体SPHW1204PDR - A88/WCD10,湿切削，切削速度 ve =4 0