铝合金切削加工参数分析与选用

周玉洁　张瑞江　成玉龙

【摘 要】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。

【关键词】切削铝合金；加工性

1.铝合金的切削加工性

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。

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，切削时易形成积屑瘤，难以获得良好的表面质量。如LF2及LF3、LY12和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。

2.切削铝合金的刀具材料

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，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。

加工铝合金工件多采用硬质合金刀具。

3.1加工基准的选择

粗基准的选择，尽量选用光洁、平整、面积较大的表面。基准面上的飞边、毛刺、浇冒口残留凸起部分应去掉，以保证定位准确，夹紧可靠。在加工轮毂中我们选取了最大外园为粗加工基准。

精基准应尽量与设计基准、装配基准、测量基准一致。且工艺上应充分考虑加工零件的稳定性，定位准确性，夹紧可靠性。

3.2粗加工

由于铝合金零件加工尺寸精度和表面粗糙度预想达到高精度要求，在加工过程中必须遵循粗、精分开原则，尤其是形状复杂，精度要求较高且数量较多的零件，在精加工前对各加工面的加工余量予以去除。对于加工形状要求特殊或加工量较大的可以选取专用刀具，来保证要求及提高加工效率。

为了消除由于在粗车时，选取了大切削深度所产生的加工应力重新分布会产生椭圆变形等问题，在粗车和精车之间增加了半精车工序。经过我们反复试验，这种工艺方案有效可行。这是在加工钢制轮毂时所未采用的。

3.3半精加工

半精加工是我们为了提高加工效率，解决加工过程中铝合金应力变形及加工过程中产生的切削热变形问题，同时可延长冷却时间而提出制定的分工序。在立式车床上可适当提高转速，一般可选用150转左右。分两次至三次切削可尽量减少工件表层的反复摩擦。冷却时间24小时。在半精加工中由于进给量较小加工时不会产生较大的应力，同时可将粗加工时产生的椭圆予以去掉并给精加工留有较小的余量。

3.4精加工

为了保证铝合金零件的成品尺寸及表面粗糙度，结合铝合金材料的特点，我们选用了精度较高的设备完成零件的精加工工序。在精加工过程中，由于剩余余量较小，我们采用了较高的转数，较小的走刀量。通常在立式车床上加工轮毂及轮辐时我们选择了160～200转/每分钟，走刀量0.2毫米/转。

为进一步提高精度自主研制了工艺软爪（如图1）。其优点在于：

（1）可以根据不同的零件配做成不同的装夹直径，从而成倍的加大零件的装夹面积，便于加工各种不同形状毛坯的零件。

（2）可以通过对工艺爪的加工更加完美的保证同轴度，更好的提高零件的精度。

（3）对各种零件可以更加方便、快捷的进行装夹。

（4）对零件进行装卡时，使零件不易产生变形，可以施加更大的夹紧力，且不会对零件造成伤害，能进一步提高机床工作时的转数，挺高工件的表面粗糙度，较大的提高了零件的装夹稳定性，提高了安全系数。

工艺软爪的是根据三抓自动定心卡盘的卡盘爪，进行设计改造的。为了不对零件的表面造成伤害，并且考虑平时加工的零件材料为铝、38CrSi、45 等材料，故我们采用了刚性较为适中的中碳钢作为原材料，为了保证精度，各尺寸严格按照原硬卡盘爪的尺寸公差，并设计成对称样式，两个端头都留有较大余量，这样工艺爪的两个端头都可以根据零件不同的装卡要求，进行自行加工。根据各种不同的零件，软爪的装卡面比零件的直径大0.05-0.30mm，装夹表面的轮廓算数平均差Ra为1.6。这样，不仅能保证零件的同轴度要求，也能较好的保证零件的稳定性。生产实际证明，我厂自行研制的软爪能够保证零件的加工表面与装夹面的定位精度可以达到0.01—0.05mm。

随着公司对“精细化管理、精益化生产、合理化建议”的大力推行与实践，进一步加大了力度，把产品质量作为立业之本，以科技为动力，以质量求生存，以质量求发展，向质量要效益。努力致力于建设一条质量效益之路，创造质量效益之大业。 [科]