PCD刀具几何参数对铝合金切

范文一：PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

工具技术

贾特李妓张弘锼董海

大连理工大学

摘要:研究了不同几何参数的PCD刀具车削铝合金时切削力的变化规律.分别改

变刀具的前角,后角和刀

尖圆弧半径三个几何参数进行单因素切削试验,通过Kistler测力仪获取三向切削

力,通过所获试验数据分析了金

属切削过程和PCD刀具几何参数对切削力的影响.

关键词:PCD,几何参数,铝合金,切削力

EffectofGeometricParameterofPCDToolonCutting

ForceinTurningAluminumAlloy

JiaTeLiManZhangHongtaoetal

Abstract:ThevariationregularitiesofcuttingforcesofthePCDtoolswithdifferentgeometricparametersinturningaluminum

alloyarestudied.,I1}lesinglefactorcuttingexperimentsinwhichth.erakeangles,thereliefanglesandthenoseradiusofthetools

areindividuallychangedhadbeendone,andthecuttingforcecomponentshadbeenacquiredthroughtheKistlerdynamometer.

ThemetalcuttingprocessandtheeffectsofPCDtoolgeometriesoncuttingforceswereanalyzedwiththeexperimentaldata.

Keywords:polycrystallinediamond(PCD),geometricparameter,aluminumalloy,cuttingforce

1引言

铝合金具有比重小,强度高等特性,是现代工业

用途最广泛的轻金属材料.加工铝合金可供选择的刀具材料有硬质合金,陶瓷和聚晶金刚石(PCD)…. YG类硬质合金是切削铝合金主要的刀具材料,实际加工中通常使用无涂层的硬质合金刀具;陶瓷刀具有更高的硬度,耐磨性和良好的高温性能,但是脆性大和热导率低使其在加工中易产生裂纹导致刀片破损,因而大大限制了陶瓷刀具的使用范围;PCD刀具具有极高的硬度和耐磨性,极低的摩擦系数,刃口非

常锋利,切削加工表面质量好.虽然PCD刀具价格昂贵,但是刀具的寿命长,单个工件的加工成本比硬质合金和陶瓷刀具更低,是目前切削铝合金较理想的刀具材料.

切削力对切削机理的研究,功率消耗的计算,刀具,机床,夹具的设计以及切削用量的合理制定,刀具几何参数的优化,都具有非常重要的意义.国内外研究人员对硬质合金刀具加工淬硬钢和高温合金材料收稿日期:2006年9月

时的切削力进行了大量的研究,而对聚晶金刚石刀具加工有色金属时的切削力研究较少.本文在聚晶金刚石刀具加工铝合金的切削试验中,通过改变刀具的前角,后角和刀尖圆弧半径三个几何参数,研究了切削力随PCD刀具几何参数的变化趋势. 2试验条件及方法

(1)试验设备

切削试验在CA6140车床上进行,采用瑞士产 KistleD257B测力仪,Kistler5807A电荷放大器, Kisfler9403刀架和计算机组成的切削力数据采集系统进行三向切削力的测量,试验装置如图1所示. 铝合金工件车床CA6140

三向电荷放大嚣

图1试验装置

萎

数据采集卡

PCL.8l8H

3UsuiE,HiretaA,MasukoM.Analyticalpredictionofthreedi—

mensionalcuttingprocess:part2chipformationandcuttingforce

withconventionalsingletoo1.TransactionsoftheASMEJournal

ofEn~neeringforIndustry,1978,100(2):229,235

4HKTonshoffet01.Determinationofthemechanicalandther—

malinfluenceonmachinedsurfacesbymicrohardnessandresid—

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策.北京:机械工业出版社,1983

第一作者:陈杰,中国工程物理研究院,621900四川省

绵阳市

2007年第4l卷/%4

表1试验材料化学成分

表2试验中刀具的几何参数和切削用量

试验序号前角(o)后角(.)刀尖圆弧半径(nlm)进给量(mm/r)切削深度(1Tlln)切削速度(m/min)

l,4—5,0,5,1070.20.0280.188.45 5—8102,4,7,100.20.080.188.45 9一l3070.075,0.2,0.5,0.8,1.20.0390.188.45 (2)试验材料

采用优质变形铝合金作为试验材料,其牌号为 6063A,规格为24.2×244mm铝管,管壁厚0.8mm, 化学成分如表1所示.由于铝管为薄壁细长件,故在铝管中插入一根橡胶棒起减振作用,以减小试验误差.

(3)试验刀具及切削参数

采用英国DeBeers公司产010型PCD复合片, 在台湾产FC一200D型PCD&PCBN专用磨床上刃磨,砂轮型号为6A2150×40×15×5W20M100.试验采用刀尖角为55.的标准刀片,分别改变刀具的前角,后角及刀尖圆弧半径做单因素切削试验,每次试验均采用新刃磨的PCD刀具以保证试验条件相同; 为了减小摩擦防止粘刀,采用煤油作为切削液.试验用刀具几何参数及切削用量的具体方案见表2. 3试验结果及分析

3.1刀具前角对切削力的影响

在刀具的几何参数中,前角对切削力的影响最大,工件材料的塑性越高其影响效果越明显.有研究人员认为,前角每变化一度,主切削力约改变 1.5%L3J.本次试验结果见图2.由图2可知,随着刀具前角的增大,三向切削力值都逐渐减小,且径向力F大于主切削力F;在负前角范围内变化时,力值随前角增大而减小的趋势明显,而在正前角范围内,随着前角的增大,力值减小的速率变慢. ,:0.028mm/r,0p=0.1mm,:88.45m/min

图2切削力随前角的变化

Kienzle曾经提出切削力的经验公式为:

F=A'K'K'KT.K.Kt

式中,A为公称横截面积,K为特殊的切削层

单位面积切削力,K为切削速度的影响系数,为前角的影响系数,K为刀具磨损的影响系数,为刀具材料的影响系数.其中,刀具前角的影响系数计算公式为K=(C一1.5y)/100(C为一个常数)[43.由此可知,随着刀具前角的增大,影响系数减小,从而使切削力逐渐减小.

车削过程中,负的前角可以改善刃部的受力状况和散热条件,提高切削刃的强度和耐冲击能力,但

0.范切削时的刃口锋利程度会降低.前角在一5.,围内逐渐增大时,切屑变形和摩擦阻力减小,前刀面所受的压力减小,因此切削力逐渐减小.正的前角可以减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前刀面的摩擦阻力.前角由0.,10.范围内逐渐增大时,切屑变形减小,降低了切削温度,切削刃锋利,切削轻快,从而使切削力逐渐减小;PCD属于超硬材料,前角越大时,刀楔角越小,切削过程中越容易产生微崩刃,导致切削刃的钝圆半径增大,从而使切削力有增大的趋势,所以此范围内切削力减小的速率变慢.

试验中切削深度o只是刀尖圆弧半径的一半, 实际切削时的主偏角很小,使F急剧增大,同时由于试件是薄壁细长铝管,虽然加工中在铝管内插入橡胶棒减小了振动,可是铝管的刚性严重不足,机床的振动仍较大,且F方向是振动敏感方向,也会使径向力F增大,所以产生F大于F.的试验结果. 前角过大时,刀具楔角过小,会削弱切削刃部位的强度并降低散热能力,反而会使刀具的寿命降低. 在一定的切削条件下,总是存在一个合理的前角可使刀具获得最高的寿命.由于铝合金属于塑性材

料,加工时切屑呈带状,沿前刀面流出时和前刀面接触长度较长,摩擦较大,因此,为减小变形和摩擦,宜取正的前角.

3.2刀具后角对切削力的影响

由于PCD属于超硬材料刀具,后角宜取较小值,由于样刀的前角为10.,故选择了2.,10.的后角范围进行试验.试验结果如图3所示.由图3可知,切削力随刀具后角的增大先减小后增大,径向力 F最大,主切削力F次之,轴向力F最小. -

R12

蚕:

(,=0.08mm/r,0p=0.1mm,=88.45m/min)

图3切削力随后角的变化

后角的主要作用是减小切削过程中后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦,配合前角调整切削刃的锋利程度和强度_5j.图3中后角由2.,4.逐渐增大时,已加工表面弹性恢复层与后刀面的摩擦面积减小,从而减小了后刀面的摩擦力,同时后刀面的磨损减轻,使切削刃保持锋利,减小了已加工表面的冷作硬化程度,切削力随之减小.但由于试件为薄壁细长铝管,与机床和刀具组成的工艺系统刚性严重不足,故当后角由4.,10.进一步增大时,虽然后刀面的摩擦力减小,但同时也伴随着摩擦阻尼的降低,使系统的自激振动加剧,切削力有增大的趋

势;同时由于PCD是脆性材料,对振动敏感,随着刀楔角的减小,微崩刃程度加剧,从而使刃口的钝圆半径增大,切削力也有增大的趋势,导致了切削力在此范围内随着后角的增大而增大.

在一定的切削条件下,后角有一个对应于最高刀具寿命的合理数值,刀具的合理后角取决于切削厚度,工件材料以及加工精度.

3.3刀具刀尖圆弧半径对切削力的影响

采用圆弧形刀尖,可以提高刀具的寿命,对工件的表面有较好的修光作用.由图4试验结果可知, 随着刀尖圆弧半径的增大,径向力F逐渐增大,而轴向力F与主切削力F逐渐减小;在刀尖圆弧半径较小时,切削力各分量之间的比例关系发生变化. 刀尖圆弧半径增大,相当于工作时刀具的主偏角减小,参加切削的主切削刃的长度增加,因此可以减小切削厚度和切削刃单位长度上的负荷,同时刀尖角增大,刀具的散热条件得到改善,降低了刀具的工具技术

磨损程度,轴向力F和主切削力F随之减小.但是随着刀尖圆弧半径的增大,曲线刃上各点的主偏角减小,由F=FNCOSK可知,径向力F逐渐增大. l4

蠢s6

;

(,=0.039mm/r,0p=0.1mm,=88.45m/min)

图4切削力随刀尖圆弧半径的变化

刀尖圆弧半径太大时引起的振动容易使PCD 刀具产生破损,影响刀具的寿命,因此刀尖圆弧半径在一定的条件下存在一个使刀具耐用度达到最大的合理值.

4结论

在本次试验条件下(采用PCD刀具加工铝合金管)可以得出以下结论:

(1)随着刀具前角的增大,切削力逐渐减小,并且径向力F大于主切削力F,在负前角范围内力值变化比较明显;

(2)随着刀具后角的增大,切削力先减小后增

大;

(3)随着刀尖圆弧半径的增大,轴向力F和主切削力F逐渐减小,径向力F逐渐增大,在较小的刀尖圆弧半径范围内,切削力各分量之间的比例关系发生变化;

(4)在一定的切削条件下,刀具的前角,后角和刀尖圆弧半径均存在一个使刀具寿命达到最高的合理值.

参考文献

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theeffectofrakeangleandapproachingangleonmaincutting

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T00ls&Manufacture,46(2006):132—141

2007年第41卷No4

单晶金刚石刀具刃磨特点的研究

周天剑杜文浩雷大江王宝瑞

中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

摘要:介绍了金刚石晶体的特性和金刚石刀具在超精密加工中的重要作用,对金刚石刀具的刃磨特点进行

了探讨,并通过刃磨试验对刃磨方向和刃磨参数的选择进行了研究.

关键词:单晶金刚石刀具,超精密加工,刃磨

StudyonGrindingCharacteristicsofSingleCrystalDiamondTool

ZhouTianjianDuWenhaoLeiDajiangetal Abstract:Thepropertiesofthediamondcrystalandimportanceofthediamondtoolintheultra

—?precisionmachiningarein??

traduced.endingcharacteristicsofthediamondtoolarediscussedandtheselectionforndingd

irectionandsrindingpa?

rametersisstudiedwiththendingexperiments. Keywords:singlecrysqatdiamondtool,uhra—precisionmachining,nding 1引言

在超精密加工中,保证加工表面质量的主要因素

除了高精度的机床,超稳定的加工环境外,高质量的

刀具也是很重要的一个方面.天然金刚石具有硬度

高,耐磨性好,强度高,导热性好,与有色金属摩擦系

数低,抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定

性,可以刃磨出极其锋利的刀刃,被认为是最理想的

超精密切削用刀具材料u『2J,在机械加工领域尤其是

超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用.

2单晶金刚石的物理特性

金刚石是单一碳原子的结晶体,其晶体结构属于等轴面心立方晶系(一种原子密度最高的晶系). 由于金刚石中碳原子间的连接键为sp杂化共价键,因此具有很强的结合力,稳定性和方向性.它是目前自然界已知的最硬物质,其显微硬度可达 10000HV,其它物理特性见表l_3J. 20世纪70年代后期,在激光核融合技术的研究中,需要大量加工高精度软质金属反射镜,要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平.如采用传统的研磨,抛光加工方法,不仅加工时间长, 收稿日期:2006年8月

费用高,操作难度大,而且不易达到要求的精度.因此,亟需开发新的加工方法.在现实需求的推动下, 单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展_4J.由于单晶金刚石本身的物理特性,切削时不易黏刀及产生积屑瘤,加工表面质量好,加工有色金属时,表面粗糙度可达R0.1,0.05/~m.金刚石刀具还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜,铝等有色金属及其合金,陶瓷,未烧结硬质合金,各种纤维和颗粒加强复合材料,塑料,橡胶,石墨,玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板,MDF等复合材料)-5J. 表1金刚石的物理性能

物理性能数值

6OOOOIO0000MPa,随晶体方向硬度

和温度而定

抗弯强度210—49OMPa

抗压强度150o一250oMPa

弹性模量(910.5)×10MPa

热导率8.4,16.7J/cm,S-?

质量热容0.156J/(g??)(常温)

开始氧化温度90o,1O00K

开始石墨化温度1800K(在惰性气体中)

和铝合金,黄铜间的摩擦因素0.05—0.o7(在常温下) 3天然单晶金刚石刀具的刃磨特点

超精密加工中,单晶金刚石刀具的两个基本精

5太原市金属切削刀具协会.金属切削实用刀具技术.北8 京:机械工业出版社,2002(9)

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MXiao,KSato,SKarube,eta/.Theeffectoftoolnoseradius

inuhrasonicvibrationcuttingofhardmeta1.InternationalJour?

halofMachineTools&Manufacture,43(2003):1375—1382 第一作者:贾特,硕士研究生,大连理工大学机械工程学院,116023大连市

范文二：铝合金切削刀具加工参数分析与选用

鼍。嬷，渤懒懒丑((墨J蛳强堍渤溯粼糊獭绷黼幽黼嘲黼黼蹦嘲黼黼翮鼢栏且主持

铝合金切削刀具加工参数分析与选用

常州纺织服装职业技术学院 (江苏213164) 董必辉

切削刃锋锐，具有大的正前角，刀具前、后刀面表面粗铝合金是以铝为基的合金的总称，其主要合金元素

糙度值尽可能小，前刀面抗粘接，排屑流畅等。为此，有Cu、Si、Mg、zn等。铝合金的密度都较低，并且具 K10 涂层和非涂层的中、细晶粒的YG类硬质合金(ISO 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一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，它们的机械零件;有些则塑性较大，宜加工成形和铸造各种都可以保证刀具刃口锋利且耐磨损。以及日常生活用品零件。随着航空、航天、建材和轻工等工业的蓬勃发展自20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚需求的快速增长，铝合金发展异常迅术问世以来，CVD金刚石刀具因其成本较PCD刀具石技猛，应用日益广泛，其使用量已仅次于钢。和天然金刚石低廉、使用性能在许多方面超过PCD的同类 1(铝合金的切削加工性

产品而被迅速应用于铝合金的切削加工之中。铝合金按生产工艺分为变形铝合金和铸造铝合金另外，铸铝合金据其硅含量的不同，选用的刀具材 (或称铸铝合金)两大类。前者主要包括防锈铝合金、

料也不尽相同。对W矫<12,的铸铝合金可采用iso 硬铝合金和超硬铝合金、锻铝合金等，我国的牌号分别k10="" 一k20等硬质合金刀具;当埘,="">12,时，是LF、LY和Lc及LD;后者主要包括硅铝合金、铝铜

刀具或CVD金刚石刀具;而对于可采用PCD 合金、铝镁合金和铝锌合金等，我国的牌号是zL，常用硅铝合金，最好采用来制造发动机的气缸体、活塞和油泵等。 W。;达16,一18,的过究还表明，PCD刀片粒度各种状态下的变形铝合金，其强度和硬度都不高， PCD刀具或CVD金刚石刀具。研强。所以，加号越大，刀具的抗磨损性能越切削加工的难度在于有较高的塑性，切削时易形成积屑甄<12,的铝合金应优选中粒度的pcd刀瘤，难以获得良好的表面质量。如if2及lf3、lyl2和片;而w或="">12,的则应优选粗粒度的PCD刀片;在任

何情况下，细晶粒组织的PCD刀片不能用来加工W&> LD2等变形铝合金在退火状态下的伸长率达20,以上，10,的硅铝合金。铸铝合金塑性低，伸长率一般在4,切削加工性较差。

需要注意的是，加工铝合金不宜采用AI:O，基陶瓷以下，不宜压

刀具，因为氧化r的氧化铝切屑(AI:O，)与该刀具材力加工，大多数切削加工性较好。硅铝合金的铸造性能

料相同，切削时会产生化学亲和力而产生粘结与积屑好，力学性能优良，是最重要也是应用最广泛的铸铝合瘤，造成摩擦阻力增大而使刀具磨损加快。硅的含量有金。由于硅铝合金组织中含有硅晶体，其切削加工性与 3(切削铝合金的刀具几何参数关，硅含量越高，对刀具磨损越严重，切削

加工性也就越差。 (1)硬质合金刀具采用硬质合金可转位车刀进行

2(切削铝合金的刀具材料切削加工时，其刀片几何参数选择为:前角y。=20。，

后角a。=1lo,200;断屑槽为卷曲导向型或平行类型，件从铝合金的切削加工性可知，无论从砂轮还是从零表面应光滑;刀具各工作表面应精细磨制而成。由于刀的精度和表面粗糙度等方面而言，均不能采用磨削工具强度不存在问题，刀尖角,可根据加工需要，在35。艺手段对铝合金进行切削加工。而无论是车(镗)削、

铣削、钻削中的哪种切削加工类型，都要求刀具耐磨，一800间选择。

囵她堡笪 !!塑参磊步工爿pj-r T950(comWWW(metalworking

万方数据

‰ 蝴蝴燃赫?，,蝴觏，滞熟岭嬷嚣?躐鹣酶嘲搠够籀黪州礴雅燃‰镕?渤镶鬻鼢内暾燃扩c;l积姆勋幽』(22(一墨(

如车削、镗削加工小型铝合金零件时，可采用小尺寸的钎焊硬质合金刀4(铝合金切削用量的选择

(1)硬质合金刀具的切削用量可采用干切削或湿具，经整体刃磨后使用。主切削刃参数应选择:前角,=6。左右，后角a。=(11。一20。，刃切削。如属精密或超精加工时，可加煤油冷却润滑，有倾角A。=O。一lO。，主偏角K，=75。一90。，刀尖角占，< 助于保证加工质量。加工时切削用量选择如下:90。，刀尖圆弧半径k="O(3—1mm。" 切削速度虬:口。="70—800m,rain。小型钎焊刀具取">

较小值，一般为咋=70—230m,rain;其余类型刀具可选如采用硬质合金铣刀进行铣削时，切削刃应保持锋

择为:圆周刃径向前角y。?7。，后利，前刀面应抗粘接，排屑应流畅。有关切削刃参数选择300m,min以上。

角n。?10。。立铣刀进给量，-车削时，，=0(05—0(3ram,r;铣削时，，变大。用于粗加工的铣刀，在切削刃 =0(05,0(25mm,z。螺旋角,3>，300，大的螺旋角可使圆周刃的实际切削前角背吃刀量口。:车削时，口，=0(2—3mm;铣削时，上开出分屑槽，或

将切削刃制造成波形刃都能使排屑更好，切削更顺畅， ‰(沿铣刀轴向)?d(d为铣刀直径)且最大值不超效率更高。过12mm，铣削宽度不超过0(5d。 (2)PCD刀具一般而

例如，我国航空航天行业对高si—Al铸铝合金、言，PCD刀片只制成单刃，锻其结构形式和几何参数符合GB2076--1980的规定。铝合金工件铣削时，切削速度咋接近l 000m,min。进给

PCD刀具的刀尖刃口几何参数有如下几种情形:前角速度蜥接近15m,rain，每齿进给量上接近0(35mm,z。 y。 (2)PCD刀具的切削用量应根据具体加工条件确=0。、lO。，后角口。=70、ll。、20。，主偏角K，=

75。、90。，刀尖圆弧半径‘=0(05mm、0(1mm、定PCD刀具的合理切削参数。PCD刀具加工铝合金时的0(2ram、0(4mm、0(8mm、1(2mm，各切削参数可根据推荐切削用量见表l。

加工需求组合应用。表1 PCD刀具加工铝合金时的推荐切削用量

(3)天然金刚石刀具天然金刚石刀具的切削刃有推荐切削用量加工加工材料四种基本几何形状，即尖刃、直刃、圆弧刃和多棱刃。方式 vo,(m?min“) f,(mm?r一’) 口p,nun 尖刃，在主切削刃和副切削刃之间有圆角，刀尖圆 300一l 500 0(10一0(40 0(10,3(0 粗车弧半径r。一般为1(O,1(8mm，主偏角K，=450，副偏角 500,2 000 0(05,0(20 0(10—1(0精车硅铝合金 K，’=20，前角托=8(50，后角a。=O。。该形状切削刃的

(",<13,) 刃磨和对刀比较方便，故应用最为广泛，但磨损后需要="" o(10—o(30="" 铣削="" 500一3="" 000="" 0(10,3(o立即重磨。="">

直刃即修光刃，长度为O(18—0(25mm。必须与工粗车 O(05—0(40 O(10,3(O 150,800 件表面平行或形成极小的副偏角，其刃磨和对刀比较困 0(02,O(20 200一l 0000(10,1(O精车硅铝合金难，但加工表面粗糙度值较小，多用于铝合金零件表面 (tI，s>13,) 0(10,O(30质量要求较高的表面加工。 2 00l。500 O(10,3(0铣削 mm,z 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(3)天然金刚石刀具的切削用量超精加工铝合困难的场合。具有这种切削刃的刀具在切削时被切金属金材料时，天然金刚石刀具的推荐切削用量见表2。的切削区变形程度较大，因而工件的表面粗糙度值较表2天然金刚石刀具的推荐切削用量大。加工刀具材料推荐切削用量多棱刃，具有该刃形的刀具切削时，切削层残留面种类方式 v,(m?rain“) f,(him?r。) 8p,nun 高度的实际值和理论值较接近，切削区变形程度较小。天然金刚 O(0l一0(04 O(ool一0(005150,4 000 因而工件表面质量较好。但其刃磨工作量较大，故其应车削石刀具用并不广泛。

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万方数据

丑__-墨勰』ct‘硪粥zb趣灞漱铰漱嚣绷麴蕤漆?。燃麓溯徽韵燃溺黪淤渤磊缀瓤嚣燃是薰?

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

图l为沈阳第一机床厂生产的高速铣床传动机构中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。同时在的重要传动部件，属于非标准大螺距蜗杆。若使用卧式胎具的左端又设置了一圆销，圆销靠在铁爪上，限制了车床加工就必须订制一定模数的交换齿轮，生产周期胎具绕轴向的旋转，这样有利地避免了在加工过程中因长，若这种非标准大螺距蜗杆为单件小批量生产，就会受力过大而出现的胎具“打滑”现象，极大地保证了加带来极大的不便。随着生产技术的不断提高，数控机床工的成功性。因而，我们在此次加工中采用了数控机在加工这种非标准大螺距蜗杆时体现出极大的灵活性，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，而且效率大大提高。

图2胎具 I(胎具2(定位销3(背帽4(盖板

2(加工步骤 (1)粗加工修磨刀宽为6(5nml的高速钢切刀一

把。高速钢刀具具有韧性好、易磨削、切削刃锋利、加

图i蜗杆10M-011 工表面粗糙度值低等特点，但在加工过程中要注意冷

1(定位及装夹却，切削液采用氯化石腊。数控系统编程时，不要采用

循环语句一次性编完整个车削过程，因为这样不利于控的蜗为了保证其梯形螺纹的连续性，故在加工时将加工制加工过程中出现的意外情况，对切削量的调整也体现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。出了灵活性差。在本次加工中，我们编制了如下的程

由图2中胎具的示意图可知，蜗杆通过筇H7的销序，数控系统为CAK6150E KND系统。

X250(ZS0(;孔定位后，通过胎具上的花键轴限制其绕轴向的旋转，(50 e,}芒,}芒,}、!,}d,}!,}J,}、!,}芒,}o,}、!,r0,}、!,}芒,，世,}、!,p皂d^圻、!,}{,?、!,}e,?芒, }、!,id,}!,id,}!,??,斗!—^!‘、57}!,}J,}^,》J,}!,}d,}{,}{,}J,}d,^?,，:、‘,:、刀体SPHWl204PDR—A88,WCDl0，湿切削，切削速度 5(国外现代铝合金切削刀具的性能水平

760mm,min 021m,min(8 000r,min)，进给速度蜥=5 有时000—4 ,=4 000m,min，在美国航空航天工业中，采用1 000,7 高达5 500m,min的切削速度，2—20m,rain (0(072mm,z)，铣削宽度140mm，背吃刀量口。=2mm。的进给速度加工铝合金已比较普遍。例如在加工中心上切削效果:客户要求加工12 000个工件，实际加工铣削GK 12 刀具材料为金刚石，刀具直径160mm，AISilOMg(cu)铝合金，加工参数选择如下:876个。MW 了 (收稿只期:20100411)刀具齿数:=10，

口型0_年第 17舅参磊加工冷加工795 D(comWWW(，neta,working

万方数据

范文三：7075铝合金切削参数优化试验研究

* 7075 铝合金切削参数优化试验研究

Test Research of the Cutting Parameters Optimizing for 7075 Aluminium Alloy

北京航空制造工程研究所向颖裘力博许鹏

[摘要]本文利用基于铣削加工动力学原理的参

1 试验条件和方案数测试分析和动力学仿真计算软件，研究了 7075 铝合

金高速切削加工工艺的参数优化方法和实现过程，提出试验材料为 7075-T7351 铝合金，其化学成分和机了信息采集、数据计算、参数验证过程中应注意的问题。械性能分别见表 1、表 2。

试验表明，在稳定切削状态下，合理地选择工艺参数可数控加工设备为桥式龙门高速铣(型号 QW25- 以有效地提高单位时间的金属去除率。 80)，其主轴最大转速为 24000r/min，机床主轴功率为

44kW ;采用硬质合金二齿圆柱立铣刀 φ16 ;使用的其关键词:去除率切削参数优化稳定状态他仪器如图 1 所示，包括力锤、加速度计、电荷放大器、

[ABSTRACT] The method of optimizing the pa- 数据采集器和一台电脑。测得的试验信号显示结果如

图 2 所示。 rameters of high speed machining for 7075 aluminium

alloy and the process to realize it are researched through

kinetic theory of parameters testing analysis and dynam-

2 数据分析ics emulation software, and problems in information

试验得到机床 X 和 Y 方向的激励信号数据和加速 collecting,calculating and data validation that should be

度响应数据。这些数据是对“主轴 + 刀具 + 工件”整个 noticed are also proposed in this article. The experiments 切削系统进行的模态参数测试数据。在对数据进行传 indicate that in the stable condition, the reasonable choice 函分析和稳定域仿真后 , 获取切削力、切削转矩、切削 of cutting parameters can improve the removal rate effec- 稳定域曲线等力学信息，用于数控加工参数的优化选 tively. 择，切削稳定域曲线如图 3 所示。

Keywords: Removal rate Cutting parameters 图3 中，实线、虚线、点线分别代表硬质合金二齿圆

柱立铣刀 φ16 在高速铣机床上，切宽为 10mm、5mm、 optimizing Stable condition

2.5mm 时候的颤震稳定域曲线。曲线下方的区域理论

随着飞机飞行度、机动性能要求的不断提高，飞机上认定是不易发生颤震的区域，此区域是对“主轴-刀上开始越来越多的采用整体结构件。整体结构件尺寸具- 工件”系统，利用设备和软件经过仿真得出。曲线大，结构复杂，精度要求高，在航空工业中得到了广泛的下方的点为切削参数可选择参考点，应尽量把点选在切 [1]应用。在这些结构件中，有相当一部分为 7075 铝合深大，转速高的位置，如 B1 点，旨在提高单位时间材料金框类和薄壁类零件，这类零件具有高的强度和韧性，去除率。图 3 所示，点 A、B、C是切宽为 4mm 时，参 111 但加工时容易产生各种表面缺陷。所以加工此类铝合

考稳定域曲线而选择的切削参数。点 A、B、C是切宽 222 金通常采用高速加工，不仅能够提高生产效率，而且能

为 8mm 时，参考稳定域曲线而选择的切削参数，依次类获得较高的加工精度和表面完整性，并且能获得较好的

能耗性，节约制造资源。但高速切削中，切削颤震影响推。具体的值如表 3。

切削质量，而选择合适的加工参数不仅能降低颤震，提

高零件质量，更能成倍提高加工效率。可是切削参数的表1 7075铝合金成分组成表选择并没有固定的理论和依据，一般是凭经验或切削试 [2] 验得出，不易找出最优方案。 Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其他针对此种情况，本文先利用基于铣削加工动力学原

理参数测试分析和动力学仿真软件测试出切削参数的 0.40 0.50 1.2~2.0 0.30 2.1~2.9 0.18~0.28 5.1~6.1 0.20 0.15 余量较优值，再用优化评估模型对其较优值进行评估，找出

最优方案，并在工艺中得到了验证。表2 7075-T7351力学性能[2]

延伸率 / % 屈服强度 / MPa 拉伸强度 / MPa

475.30 540.96 11.5 * 国防基础科研项目 (B0520080056)。

航空制造技术?2010 年第 21 期 94

学术论文RESEARCH

表3 切削参数对应值

主轴转速径向切宽轴向切深切削参数 -1 n/(r?min)对应点 a/mm a/mm ep

A4 3 18500 1

B4 2.5 18900 1

C4 2 12300 1

A8 1.5 18500 2

B8 1.2 18900 2

C8 0.9 12300 2

A16 0.5 18500 3

B16 0.3 19000 3

C16 0.3 12300 3

选择以上几点切削参数，利用软件进行理论计算分析得到的主要理论数据如表 4。

取 B点的切削参数进行铣削加工时域仿真结果如 2

图 4。

这些点都是经试验和仿真得到的参数，只能作为实际加工的参考。由于数控加工过程受到“机床 - 刀具 - 工件”加工工艺系统中多种实际因素(如机床精度及其静动态特性、工件材料及其状态、工件形状及尺寸、刀具材料及几何参数、刀具磨损、装夹方式、切削液等)及其变化的影响，同时在对“机床 - 刀具 - 工件”进行动态参数测试时，也可能由于人为因素导致误差。计算结果可能存在误差，需要经过必要验证。但仿真结果仍为实际切削参数的选择提供理论指导，并且为接下来的测评提供了数据参考，在切削试验后评测出最优值，用于实际加工。

3 切削参数优化评估

优良切削参数的标准是高效高质，并且耗费资源更低。理想的目标是，利用最低的成本将材料去除速

2010 年第 21 期?航空制造技术 95

学术论文RESEARCH

表4 理论数据

切削过程仿真结果切削参数进给量序号切削线速主轴转速材料去除速率径向切轴向切XY 平面切削力 -13-1度 v / c/进给速度每齿进给量宽 a/mm 深 a/mm e p n /(r?min)MRR/(cm?min)峰值 F/N-1xy_max -1(m?min) mmf /(m?min)

A4 3 18500 929.91 0.1 3700 277.83 44.4 1

B4 2.5 18900 950.02 0.1 3780 234 37.8 1

C4 2 12300 618.27 0.1 2460 189.1 19.68 1

A8 1.5 18500 929.91 0.1 3700 165.49 44.4 2

B8 1.2 18900 950.02 0.1 3780 121.47 36.29 2

C8 0.9 12300 618.27 0.1 2460 99.43 17.71 2

A16 0.5 18500 929.91 0.1 3700 55.28 29.6 3

B16 0.3 19000 955.04 0.1 3800 22.11 18.24 3

C16 0.3 12300 618.27 0.1 2460 22.11 11.81 3

航空制造技术?2010 年第 21 期 96

学术论文RESEARCH

率、加工精度和加工性能达到最大化。对应在切削参数概率时可各取 1/4)。E 值越大，工艺优化程度越好。3上即是单位时间金属去除率 ( 材料去除速率 MRR[cm/ 例如，对于 φ16 的刀具，在优化前半精加工 min])、零件表面质量和切削力，故选定这 3 个因素作为 7075 材料零件时，通常使用的切削参数为:a =8mm, e 状态变量，得到如公式(1)所示的切削参数评估模型。 a=1.5mm, n=12000r/min, v=3000mm/min;经测量和计算 pf其中，材料去除率为切宽、切深、速率、主轴转速和刀齿 3得到:M = 40cm/min，R = 1.6，F = 199.714N;利用单项数的乘积，它可以体现数控机床加工效率;零件表面质评定方法，算出 B =40，B =1/6，B =199.714 ;根据每个 M R F 量可用零件表面粗糙度简化表示;切削力为切削平面的

参数量的重要程度，取 P=0.4，P=0.4，P=0.2 ;给定新 MRF合力。

参数a=8mm, a=1.2mm, n=18900r/min, v=5500mm/min; epf

带入公式(1)得到:E=0.4(53.28/40)+0.4(1.6/1.44)+0.2(19 (1)E=P(M/B)+P(B/R)+P(B/F) ， M MR RF F

为相应参数量的 9.714/190.34)=1.187>1。得出评定结论，新参数好于其中，E 为期望效率损益值;P、P、P MRF

原参数。利用公式 (1) 状态概率 ( 参数量的重要程度，其值为 0 , 100%) ;B、 M

给出的评估模型，可以对确定的工艺参数做出定量的比 B 、B 为相应参数量的基准值;M 为实际材料去除率， RF 2较性评估，从而选择出最优的工艺方案进行工件制造。单位为 cm/min ;R 为实际零件表面粗糙度;F 为实际切

削参数对应的切削力切削平面的合力，单位为 N。目标

4试验验证评估分为单项评定 ( 目标项状态概率为 100%，其余为 0，

表 4 所示的切削参数，经过试切试验，按照上例评此时 E =1，可求得相应参数量基准值 BT、BC、BQ、Bs )、

综合评定 ( 状态概率可按不同参数量影响程度给出，等定方式计算，得到结果如表 5 所示。

表5 数据评估表

主轴转速 XY 平面切削力峰值材料去除径向切轴向切序号粗糙度评定值 E 3 -1 -1宽 a/mm 深 a/mm e p n /(r?min)F/N 速率 MRR/(cm?min ) xy_max

A4 3 18500 277.83 44.4 0.96 1.16 1

B4 2.5 18900 234 37.8 0.66 1.77 1

C4 2 12300 189.1 19.68 1.02 1.20 1

A8 1.5 18500 165.49 44.4 1.13 1.68 2

B8 1.2 18900 121.47 36.29 0.98 2.37 2

C8 0.9 12300 99.43 17.71 1.44 1.01 2

A16 0.5 18500 55.28 29.6 1.57 1.41 3

B16 0.3 19000 22.11 18.24 1.80 0.72 3

C16 0.3 12300 22.11 11.81 1.66 0.68 3

现有参数评定值为 E=1，评定值大于 1 的切削参数，概率也不尽相同。如钛合金、高温合金难加工材料，切

削温度和切削力对刀具寿命起到了关键中用。因此在说明切削效果比现有参数好，可以以最优的参数代替现评估切削参数时，应提高切削力的状态概率，增加温度有切削参数。综合评定值小于 1 的参数，认为不及现有作为评估因子。参数，在工艺中不建议选择。B参数既符合实际加工 2 在实际中，评估切削参数好坏的方法一般是凭经验需要，又能够满足效率提高，质量提高的综合评定要求。和实际加工效果，但切削参数是否最优无从得知。本文故选择 B应用在零件工艺中，实际的粗糙度和切削状 2 从理论和实际两方面入手，通过理论测试和实际评测为况均满足要求，并且效率提高明显。切削参数选择提供理论和实践的指导。

5结论

参考文献通过上述方法对工艺参数进行优化与评测，提高了 [1] 裴旭明，陈五一，任炳义. 加工工艺对7075铝合金紧固孔 7075 类零件的加工效率。为实际加工中最优参数的确表面形貌和组织的影响 . 中国有色金属学报，2001(8):655-660. 定提供了参考。在实际评测中，不同类型的零件根据机 [2] 黄伯云，李成功，石力开. 中国材料工程大典第4卷. 北

京:床、零件材料、刀具等情况，评测的参数量和参数的状态化学工业出版社，2006. ) (责编泰山 2010 年第 21 期?航空制造技术 97

范文四：铝合金切削刀具加工参数分析与选用

铝合金切削刀具加工参数分析与选用

常州纺织服装职业技术学院(江苏213164)董必辉铝合金是以铝为基的合金的总称,其主要合金元素有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.随着航空,航天,建材和轻工等工业的蓬勃发展以及日常生活用品需求的快速增长,铝合金发展异常迅猛,应用日益广泛,其使用量已仅次于钢.

铝合金的切削加工性 1.

铝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,锻铝合金等,我国的牌号分别是LF,LY和LC及LD;后者主要包括硅铝合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金等,我国的牌号是zL,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塑性,切削时易形成积屑

如LF2及LF3,LY12和瘤,难以获得良好的表面质量.

LD2等变形铝合金在退火状态下的伸长率达20%以上, 切削加工性较差.

铸铝合金塑性低,伸长率一般在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铝合金.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,硅含量越高,对刀具磨损越严重,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,无论从砂轮还是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切削加工.而无论是车(镗)削, 铣削,钻削中的哪种切削加工类型,都要求刀具耐磨, l墨呈!生笪!塑=参《I5工冷加工wWw.motalworking195ncom'.

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,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(ISOK10 一

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W<12%的铸铝合金可采用ISOKIO ,

I(20等硬质合金刀具;当删i>12%时,可采用PCD 刀具或CVD金刚石刀具;而对于加;达16%一18%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,W<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;在任何情况下,细晶粒组织的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A1O,基陶瓷刀具,因为氧化了的氧化铝切屑(A1O,)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,造成摩擦阻力增大而使刀具磨损加快.

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,其刀片几何参数选择为:前角.=20., 后角O/=11.,20.;断屑槽为卷曲导向型或平行类型, 表面应光滑;刀具各工作表面应精细磨制而成.由于刀具强度不存在问题,刀尖角s可根据加工需要,在35. ,

80.问选择.

鞭麓

如车削,镗削加工小型铝合金零件时,可采用小尺寸的钎焊硬质合金刀具,经整体刃磨后使用.主切削刃参数应选择:前角=6.左右,后角=.11.,2O.,刃倾角A:0.,10.,主偏角K=75.,90.,刀尖角s< 90.,刀尖圆弧半径=0.3,1lllm.

如采用硬质合金铣刀进行铣削时,切削刃应保持锋利,前刀面应抗粘接,排屑应流畅.有关切削刃参数选择为:圆周刃径向前角.?7.,后角.?10..立铣刀螺旋角?3O.,大的螺旋角可使圆周刃的实际切削前角变大.用于粗加工的铣刀,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屑更好,切削更顺畅, 效率更高.

(2)PCD刀具一般而言,PCD刀片只制成单刃, 其结构形式和几何参数符合GB2076--1980的规定. PCD刀具的刀尖刃口几何参数有如下几种情形:前角 .

0.,10.,后角.=7.,11.,20.,主偏角,c=

75.,90.,刀尖圆弧半径=0.05mm,0.1mm, 0.2ram,0.4mm,0.8mm,1.2ram,各切削参数可根据加工需求组合应用.

(3)天然金刚石刀具天然金刚石刀具的切削刃有四种基本几何形状,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,刀尖圆弧半径一般为1.0,1.8mm,主偏角K=45.,副偏角 Kr/=2.,前角.:8.5.,后角Ot.=0..该形状切削刃的刃磨和对刀比较方便,故应用最为广泛,但磨损后需要立即重磨.

直刃即修光刃,长度为0.18,0.25mm.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,但加工表面粗糙度值较小,多用于铝合金零件表面质量要求较高的表面加工.

圆弧刃刃13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难的场合.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大,因而工件的表面粗糙度值较大.

多棱刃,具有该刃形的刀具切削时,切削层残留面高度的实际值和理论值较接近,切削区变形程度较小, 因而工件表面质量较好.但其刃磨工作量较大,故其应用并不广泛.

嘛卫墨_;圜

4.铝合金切削用量的选择

(1)硬质合金刀具的切削用量可采用干切削或湿切削.如属精密或超精加工时,可加煤油冷却润滑,有

助于保证加工质量.加工时切削用量选择如下: 切削速度:=70,800m/min.小型钎焊刀具取较小值,一般为=70,230nr/min;其余类型刀具可选择300m/min以上.

进给量:车削时,f=0.05—0.3mm/r;铣削时,l厂 =0.05,0.25mm/z.

背吃刀量0:车削时,?=0.2,3ram;铣削时, o.(沿铣刀轴向)?d(d为铣刀直径)且最大值不超过12mm,铣削宽度不超过0.5d.

例如,我国航空航天行业对高si—Al铸铝合金,锻铝合金工件铣削时,切削速度接近1000m/min,进给速度接近15m/min,每齿进给量接近0.35mm/z. (2)PCD刀具的切削用量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1PCD刀具加工铝合金时的推荐切削用量加工推荐切削用量

加工材料

方式/(m?min)f/(mill?r)0/mm 粗车30o,l50oO.10,o.40O.1O,3.0 硅铝合金精车5oo,2O000.O5,0.2OO.10,1.0 (s<13%)0

.1O,O.30

铣削50HD,3)00.10,3.O

粗车150,8000.O5,0.40O.10,3.0

硅铝合金精车2o0,1O000.02,O.200.1O一1.0 (>13%)O

.10,O.3O

铣削200l5000.1O,3.0

(3)天然金刚石刀具的切削用量超精加工铝合金材料时,天然金刚石刀具的推荐切削用量见表2. 表2天然金刚石刀具的推荐切削用量

刀具材料加工推荐切削用量

种类方式?/(m?min)f/(mm?r)0/mln 天然金刚

车削150,4ooO0.O1,0.04O.ool,O.0O5 石刀具

参磊工冷加工呈!堡箜!!塑?WWW.metalworking1950.com

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)杨新伟陈红海图1为沈阳第一机床厂生产的高速铣床传动机构中的重要传动部件,属于非标准大螺距蜗杆.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量生产,就会带来极大的不便.随着生产技术的不断提高,数控机床在加工这种非标准大螺距蜗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,而且效率大大提高. 图1蜗杆IOM一011

1.定位及装夹

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中胎具的示意图可知,蜗杆通过65H7的销孔定位后,通过胎具上的花键轴限制其绕轴向的旋转, 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

胎具的左端又设置了一圆销,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

1.胎具2.定位销3.背帽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.高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,不要采用循环语句一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,对切削量的调整也体现出了灵活性差.在本次加工中,我们编制了如下的程序,数控系统为CAK6150EKND系统.

G50X250.Z50.:

5.国外现代铝合金切削刀具的性能水平

在美国航空航天工业中,采用1000,4O00m/min, 有时高达5000—7500m/min的切削速度,2,20nr/min 的进给速度加工铝合金已比较普遍.例如在加工中心上铣削GKA1Sil0Mg(cu)铝合金,加工参数选择如下: 刀具材料为金刚石,刀具直径160mm,刀具齿数z=10, 2010年第17期

WWW.meta1working195o.COm 磊力,工~jn-r

刀体SPHW1204PDR—A88/WCD10,湿切削,切削速度 =

4021m/rain(8000r/rain),进给速度=5760mm/min (0.072mm/z),铣削宽度140mm,背吃刀量口.=2mm.

切削效果:客户要求加工12000个工件,实际加工了

12876个.MW

(收稿日期:20100411)

范文五：铝合金切削刀具加工参数分析与选用

铝合金切削刀具加工参数分析与选用常州纺织服装职业技术学院 (江苏 ,,, , , , ) 董必辉铝合金是以铝为基的合金 ?淖艹?，其主要合金元素切削刃锋锐，具有大的正前角，刀具前、后刀面表面粗 , , 有 ; 、, , ,等。铝合金的密度都较低，并且具、, 、, 糙度值尽可能小，前刀面抗粘接，排屑流畅等。为此，有优良的导电性、导热性和抗蚀性能。有些种类的铝合涂层和非涂层的中、细晶粒的 , , ， , ,类硬质合金 ( ,, , 金强度较高，接近或超过优质钢，能用于制造承受载荷一 ,) ,, , , 、聚晶复合金刚石 (, ，也称金刚石烧结体 ) 的机械零件 ;有些则塑性较大，宜加工成形和铸造各种以及天然金刚石是适宜的切削铝合金的刀具材料，它们零件。随着航空、航天、建材和轻工等工业的蓬勃发展都可以保证刀具刃口锋利且耐磨损。以及日常生活用品需求的快速增长，铝合金发展异常迅 ,世纪 , 自, ,年代初，, ,金刚石技 ,年代末至 , , 猛，应用日益广泛，其使用量已仅次于钢。 , , 术问世以来，, ,金刚石刀具因其成本较 , ,刀具和 , 铝合金的切削加工性 ( , 天然金刚石低廉、使用性能在许多方面超过 , ,的同类铝合金按生产工艺分为变形铝合金和铸造铝合金产品而被迅速应用于铝合金的切削加工之中。 (或称铸铝合金 ) 两大类。前者主要包括防锈铝合金、另外，铸铝合金据其硅含量的不同，选用的刀具材硬铝合金和超硬铝合金、锻铝合金等，我国的牌号分别 ,,的铸铝合金可采用，,,, 料也不尽相同。对 , , , , ，是 , 、, , ,和 ,,及 ,,;后者主要包括硅铝合金、铝铜 , (, ,,, , ， ,等硬质合金刀具 ;当删, , 时，可采用 , ,合金、铝镁合金和铝锌合金等，我国的牌号是 , ，常用 , , 达 , , 刀具或 , ,金刚石刀具 ;而对于加; ,, 一,,的过来制造发动机的气缸体、活塞和油泵等。 , , 硅铝合金，最好采用 , ,刀具或 , ,金刚石刀具。研各种状态下的变形铝合金，其强度和硬度都不高， , 究还表明，, ,刀片粒度号越大，刀具的抗磨损性能越切削加工的难度在于有较高的塑性，切削时易形成积屑强。所以，, , , ,, , 的铝合金应优选中粒度的 , ,刀瘤，难以获得良好的表面质量。如 , ,及 , , , ,和 , , 、, , , , 片 ;而 ,, , 的则应优选粗粒度的 , ,刀片;在任 , 等变形铝合金在退火状态下的伸长率达 , ,以上，,, , , 何情况下，细晶粒组织的 , ,刀片不能用来加工 ,切削加工性较差。 , ,, 的硅铝合金。铸铝合金塑性低，伸长率一般在 , 以下，不宜压 , , , 基需要注意的是，加工铝合金不宜采用 , ，陶瓷力加工，大多数切削加工性较好。硅铝合金的铸造性能 , ，刀具，因为氧化了的氧化铝切屑 ( ,, )与该刀具材好，力学性能优良，是最重要也是应用最广泛的铸铝合料相同，切削时会产生化学亲和力而产生粘结与积屑金。由于硅铝合金组织中含有硅晶体，其切削加工性与瘤，造成摩擦阻力增大而使刀具磨损加快。硅的含量有关，硅含量越高，对刀具磨损越严重，切削 (切削铝合金的刀具几何参数 , 加工性也就越差。 , () 硬质合金刀具采用硬质合金可转位车刀进行 ( , 切削铝合金的刀具材料 ,, 。切削加工时，其刀片

几何参数选择为 :前角。 , ，从铝合金的切削加工性可知，无论从砂轮还是从零 , , ,, 。后角 , ,,。 , ;断屑槽为卷曲导向型或平行类型，件的精度和表面粗糙度等方面而言，均不能采用磨削工表面应光滑 ;刀具各工作表面应精细磨制而成。由于刀镗艺手段对铝合金进行切削加工。而无论是车 ( )削、 , 具强度不存在问题，刀尖角 ,可根据加工需要，在 ,。铣削、钻削中的哪种切削加工类型，都要求刀具耐磨， , , 问选择。 ,。墨笪塑～ , 呈生～ ,,, , ( ,, , , , ,,, ,, ,, , ,, , , , ; ，《冷工参,工加 ’ 。鞭麓墨; 嘛卫 , 圜如车削、镗削加工小型铝合金零件时，可采用小尺 ,(铝合金切削用量的选择寸的钎焊硬质合金刀具，经整体刃磨后使用。主切削刃 , ( )硬质合金刀具的切削用量可采用干切削或湿 , 左右，后角 ,, 。 , 。参数应选择 :前角 , 。 , 。 , , ，刃切削。如属精密或超精加工时，可加煤油冷却润滑，有 , , ，主偏角 , ,, 。 , ，刀尖角 , , 倾角 , : 。,,。 , ,, 。助于保证加工质量。加工时切削用量选择如下 : , ，刀尖圆弧半径 , ( ,。 ,,。 , ,,,, , , , , ,, 切削速度 : , ,,,, , ,。小型钎焊刀具取如采用硬质合金铣刀进行铣削时，切削刃应保持锋较小值， , , ,, ,, , 一般为 , , ,,, ,;其余类型刀具可选利，前刀面应抗粘接，排屑应流畅。有关切削刃参数选 , , ,,以上。择 ,, , , ?, ，后角。 , 。立铣刀择为 :圆周刃径向前角。。 ?, 。 ,, (,— ( , , ;铣削时，厂进给量 :车削时， , , , , , , , , ，大的螺旋角可使圆周刃的实际切削前角螺旋角 ?, 。 , ( ,,, , ,,, 。 ,, (, , 变大。用于粗加工的铣刀，在切削刃上开出分屑槽，或 ,, ,,, ,;铣削时，背吃刀量 , :车削时，? ( , , 将切削刃制造成波形刃都能使排屑更好，切削更顺畅，。( ,为铣刀直径 )且最大值不超 , 沿铣刀轴向) ?, ( 效率更高。 , ( , 过 ,,,，铣削宽度不超过 , , 。 , , ( ), ,刀具 , 一般而言，, ,刀片只制成单刃， , , 例如，我国航空航天行业对高 , —, 铸铝合金、锻 , , , , ,的规定。其结构形式和几何参数符合 , , , , , , , , ,, 铝合金工件铣削时，切削速度接近 ,,, , ,，进给 , , ,刀具的刀尖刃口几何参数有如下几种情形 :前角 , , ,，每齿进给量接近 ,,, ,。速度接近 ,, ,, (, , , 。 , , 、,。。 , 、, 。 , ; 。 , ，后角。,, 、,。 , ，主偏角， , , ( ), ,刀具的切削用量应根据具体加工条件确 , 、, 。 , 。 , ，刀尖圆弧半径 ( , ,、, , , ,, , ( ,,、 , , 定 , ,刀具的合理切削参数。, ,刀具加工铝合金时的 (, , (, (, , , ,、,, ,、,, ,、,, ,，各切削参数可根据 (,, 。推荐切削用量见表 , 加工需求组合应用。 , 表 , , , 刀具加工铝合金时的推荐切削用量 , ( )天然金刚石刀具天然金刚石刀具的切削刃有加工推荐切削用量四种基本几何形状，即尖刃、直刃、圆

弧刃和多棱刃。加工材料 ( ,, , ,, ,? 方式 , , ? , ), ( , , ) ,, ,, 尖刃，在主切削刃和副切削刃之间有圆角，刀尖圆 , , , 粗车 , ,,, , ,, ( ,,,, , , (, ( ( ,,,, ( (, , ，副偏角弧半径一般为 ,,,,, ,，主偏角 , ,, 。 , , 。 ,, , ，前角。 ( 。。 , , 。该形状切削刃的 :,, ，后角 , , 。硅铝合金精车 , ,,,, , .

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