鋁合金切削加工參數(shù)分析與選用

周玉潔　張瑞江　成玉龍

【摘 要】鋁合金是以鋁為基的合金的總稱，其主要合金元素有Cu、Si、Mg、Zn等。鋁合金的密度都較低，并且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性能。有些種類的鋁合金強(qiáng)度較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，能用于制造承受載荷的機(jī)械零件；有些則塑性較大，宜加工成形和鑄造各種零件。隨著航空、航天、建材和輕工等工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及日常生活用品需求的快速增長，鋁合金發(fā)展異常迅猛，應(yīng)用日益廣泛，其使用量已僅次于鋼。

【關(guān)鍵詞】切削鋁合金；加工性

1.鋁合金的切削加工性

鋁合金按生產(chǎn)工藝分為變形鋁合金和鑄造鋁合金（或稱鑄鋁合金）兩大類。前者主要包括防銹鋁合金、硬鋁合金和超硬鋁合金、鍛鋁合金等，我國的牌號分別是LF、LY和LC及LD；后者主要包括硅鋁合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金等，我國的牌號是ZL。

各種狀態(tài)下的變形鋁合金，其強(qiáng)度和硬度都不高，切削加工的難度在于有較高的塑性，切削時易形成積屑瘤，難以獲得良好的表面質(zhì)量。如LF2及LF3、LY12和LD2等變形鋁合金在退火狀態(tài)下的伸長率達(dá)20%以上，切削加工性較差。

2.切削鋁合金的刀具材料

要求刀具耐磨切削刃鋒銳，具有大的正前角，刀具前、后刀面表面粗糙度值盡可能小，前刀面抗粘接，排屑流暢等。為此，涂層和非涂層的中、細(xì)晶粒的YG類硬質(zhì)合金（ISO K10-K20）、聚晶復(fù)合金剛石（PCD，也稱金剛石燒結(jié)體）以及天然金剛石是適宜的切削鋁合金的刀具材料，它們都可以保證刀具刃口鋒利且耐磨損。

加工鋁合金工件多采用硬質(zhì)合金刀具。

3.1加工基準(zhǔn)的選擇

粗基準(zhǔn)的選擇，盡量選用光潔、平整、面積較大的表面?；鶞?zhǔn)面上的飛邊、毛刺、澆冒口殘留凸起部分應(yīng)去掉，以保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠。在加工輪轂中我們選取了最大外園為粗加工基準(zhǔn)。

精基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)一致。且工藝上應(yīng)充分考慮加工零件的穩(wěn)定性，定位準(zhǔn)確性，夾緊可靠性。

3.2粗加工

由于鋁合金零件加工尺寸精度和表面粗糙度預(yù)想達(dá)到高精度要求，在加工過程中必須遵循粗、精分開原則，尤其是形狀復(fù)雜，精度要求較高且數(shù)量較多的零件，在精加工前對各加工面的加工余量予以去除。對于加工形狀要求特殊或加工量較大的可以選取專用刀具，來保證要求及提高加工效率。

為了消除由于在粗車時，選取了大切削深度所產(chǎn)生的加工應(yīng)力重新分布會產(chǎn)生橢圓變形等問題，在粗車和精車之間增加了半精車工序。經(jīng)過我們反復(fù)試驗，這種工藝方案有效可行。這是在加工鋼制輪轂時所未采用的。

3.3半精加工

半精加工是我們?yōu)榱颂岣呒庸ば剩鉀Q加工過程中鋁合金應(yīng)力變形及加工過程中產(chǎn)生的切削熱變形問題，同時可延長冷卻時間而提出制定的分工序。在立式車床上可適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，一般可選用150轉(zhuǎn)左右。分兩次至三次切削可盡量減少工件表層的反復(fù)摩擦。冷卻時間24小時。在半精加工中由于進(jìn)給量較小加工時不會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，同時可將粗加工時產(chǎn)生的橢圓予以去掉并給精加工留有較小的余量。

3.4精加工

為了保證鋁合金零件的成品尺寸及表面粗糙度，結(jié)合鋁合金材料的特點，我們選用了精度較高的設(shè)備完成零件的精加工工序。在精加工過程中，由于剩余余量較小，我們采用了較高的轉(zhuǎn)數(shù)，較小的走刀量。通常在立式車床上加工輪轂及輪輻時我們選擇了160～200轉(zhuǎn)/每分鐘，走刀量0.2毫米/轉(zhuǎn)。

為進(jìn)一步提高精度自主研制了工藝軟爪（如圖1）。其優(yōu)點在于：

（1）可以根據(jù)不同的零件配做成不同的裝夾直徑，從而成倍的加大零件的裝夾面積，便于加工各種不同形狀毛坯的零件。

（2）可以通過對工藝爪的加工更加完美的保證同軸度，更好的提高零件的精度。

（3）對各種零件可以更加方便、快捷的進(jìn)行裝夾。

（4）對零件進(jìn)行裝卡時，使零件不易產(chǎn)生變形，可以施加更大的夾緊力，且不會對零件造成傷害，能進(jìn)一步提高機(jī)床工作時的轉(zhuǎn)數(shù)，挺高工件的表面粗糙度，較大的提高了零件的裝夾穩(wěn)定性，提高了安全系數(shù)。

工藝軟爪的是根據(jù)三抓自動定心卡盤的卡盤爪，進(jìn)行設(shè)計改造的。為了不對零件的表面造成傷害，并且考慮平時加工的零件材料為鋁、38CrSi、45 等材料，故我們采用了剛性較為適中的中碳鋼作為原材料，為了保證精度，各尺寸嚴(yán)格按照原硬卡盤爪的尺寸公差，并設(shè)計成對稱樣式，兩個端頭都留有較大余量，這樣工藝爪的兩個端頭都可以根據(jù)零件不同的裝卡要求，進(jìn)行自行加工。根據(jù)各種不同的零件，軟爪的裝卡面比零件的直徑大0.05-0.30mm，裝夾表面的輪廓算數(shù)平均差Ra為1.6。這樣，不僅能保證零件的同軸度要求，也能較好的保證零件的穩(wěn)定性。生產(chǎn)實際證明，我廠自行研制的軟爪能夠保證零件的加工表面與裝夾面的定位精度可以達(dá)到0.01—0.05mm。

隨著公司對“精細(xì)化管理、精益化生產(chǎn)、合理化建議”的大力推行與實踐，進(jìn)一步加大了力度，把產(chǎn)品質(zhì)量作為立業(yè)之本，以科技為動力，以質(zhì)量求生存，以質(zhì)量求發(fā)展，向質(zhì)量要效益。努力致力于建設(shè)一條質(zhì)量效益之路，創(chuàng)造質(zhì)量效益之大業(yè)。 [科]