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      鋁合金的高速切削加工技術(shù)研究

      2017-03-10 01:16:53雷占英
      環(huán)球市場 2017年11期
      關(guān)鍵詞:刃口陶瓷材料切削速度

      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,在機床主軸高速運轉(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、熔點低、可塑性強、抗腐蝕性能好,但是由于純鋁強度低,無法被用作結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)過長期的實踐,在鋁中加人其他的金屬元素可以提高鋁的強度,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理、切削刀具、切削機床和切削監(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(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,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].機械制造,1999,05:6-8.

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