铝合金的高速切削加工技术研究

雷占英

中信渤海铝业控股有限公司

铝合金的高速切削加工技术研究

雷占英

中信渤海铝业控股有限公司

高速加工技术作为一种重要的先进制造技术，已经得到广泛的应用并持续快速的发展，与传统的切削加工技术相比，更加突显出其诸多方面的优越性能。依仗精密的高速加工机床或加工中心，使用优异的编程软件及合格的编程人员，通过选用相应的专用切削刀具，在机床主轴高速运转、刀具切削速度及工件加工速度极高的条件下，达到单位时间内较高的材料去除率，同时满足被加工材料的高精度及高表面质量的最终要求，已成为先进制造技术领域内的重要技术。

高速切削；加工技术；应用

高速切削加工技术则是铝合金领域中的新发现，全面促进了铝合金的材料、控制系统、以及刀具材料的发展，提高了切削的生产速度，同时也降低了切削刀具的磨损程度，在铝合金中发挥了很大的作用。为了进一步了解高速切削的加工技术，还需要不断了解该技术的应用情况。

1 铝合金性能与高速切削加工

铝合金金属性能纯铝密度小、熔点低、可塑性强、抗腐蚀性能好，但是由于纯铝强度低，无法被用作结构材料。经过长期的实践，在铝中加人其他的金属元素可以提高铝的强度，抗腐蚀性，能够使其高温耐热大规模的应用于制造业。在铝合金加工过程中，容易出现加工碎屑粘附铝合金表面，导致铝合金表面粗糙。同时，由于铝合金容易热胀冷缩，且加工过程排热不畅，这将造成铝合金无法加工精密零件。铝合金适合被广泛应用，但是，铝合金在加工中存在很多问题，需要不断地改善铝合金的加工。

高速切削加工是在传统刀具切削加工技术的基础上发展而来的新型切削加工技术，不仅具有传统切削技术的特点和功能，还能完成工件的高效加工。而作为一个复杂的系统工程，数控高速切削加工需要涉及到切削机理、切削刀具、切削机床和切削监控等多种技术，所有高速切削加工技术都离不开关键技术的应用。在面对不同的加工材料时，想要完成材料的高速加工还要了解材料切削的形成机理，并且掌握切削力和切削热的变化规律，从而合理进行切削用量的选择，并确定高速切削的工艺规范。

2 高速切削加工的影响因素

2.1 切屑变形对切削过程的影响

首先，工件材料的强度越大，会使切屑的变形越小。其次，刀具的前角增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。最后，在其他切削条件不变的情况下，切削速度对材料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。在有积屑瘤产生时，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少。在无积屑瘤产生时，切削速度越大，摩擦系数越小，切屑的变形越小。

2.2 刀具前角对切削过程的影响

刀具前角是指在正交平面内测量的刀具前刀面与基面之间的夹角，前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此，首先要根据加工材料的硬度来选择前角，加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值；其次要根据加工性质来考虑前角的大小，粗加工时前角要取小值，精加工时前角应取大值。

2.3 刀具刃口半径对切削过程的影响

刀具刃口半径是衡量刀具刃口锋利程度的指标。当刀具的前角和后角确定后，刃口半径越小，刀具切削力和被切金属的变形越小，越有利于降低加工表面粗糙度。当刃口半径约为几个微米时，刃口触点(不论是切削还是刃磨时)的受压应力是极高的，这不仅要求刀具材料有很好的性能，而且要求加工系统的动态刚度和被切材料(包括刃磨砂轮)的均匀性也要有很高指标，以免因振动和冲击造成刃口崩裂破损。

3 高速切削加工的关键技术分析

3.1 刀具材料的选择

涂层材料刀具。涂层刀具中的涂层材料主要分为两大类，一类为硬涂料，如常见的TiC、TiN等涂层刀具，这两种涂料具有很强的抗磨损能力；另一类为软涂料，如常见的WS等涂层刀具，这类刀具的的摩擦因数较低，因此能够降低切削的力度。采用软涂层刀具能够加强工件表面的光滑度，延长刀具的使用年限。

陶瓷材料刀具。陶瓷材料刀具具有较高的硬度和耐磨能力，因此，陶瓷材料刀具适用于硬度较高的材料；陶瓷材料刀具的抗高温性能较好，因此，适用于高温下的工件切削；陶瓷材料道具还具有良好的抗粘结性能，因此，在切削的过程中不易引发粘连，可见陶瓷材料刀具的化学性能较好，稳定性较高。

金刚石刀具。金刚石是自然界中硬度最高、导热系数最好的物质，因此，金刚石刀具同样具有很高的硬度，在进行高速切削时，金刚石刀具的磨损力度较小。但是，由于经济性较差，焊接工作十分困难，金刚石刀具的实用性较低。

3.2 施工工艺流程

高速切削加工通常会使用顺铣加工，从而使刀具在切入工件时产生最大的切削厚度，然后逐渐减小工件的切削厚度。而在进行模具零件的加工时，可以采用多次加工的方式依次完成零件的粗加工和细加工，切削深度则均为2mm。其中，粗加工采取了高切削速度、小切削量和高进给率组合的工艺方案，可以完成零件的初步加工。精加工采取的三维螺旋策略，可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，结合了等高加工和螺旋加工的优势。而采取这样的加工技术，可以有效缩短模具的加工时间，并且能够使加工表面质量得到改善。

3.3 切屑排除

高速干切削在一定程度上具有极大的优势，但刀具承受了较高的温度，刀具与工件、刀具与切屑、工件与切屑之间的相互摩擦必定会产生一些负面影响，于是优化排屑势在必行。除从刀具方面入手改善外，还应建立起相应的排屑布局，如：尽量采用立式主轴倾斜式床身；将工件安装在主轴下部，借助重力作用排屑；采用虹吸现象排屑；采用真空或喷气系统改善排屑条件，使得切屑排除问题得以缓解或根本解决。

综上所述，在高速切削加工技术出现运用之后，为铝合金的发展起到了很大的促进作用，铝合金的发展也得到了很大提升。高速切削技术与铝合金技术的结合，提升了工业生产的效率和质量，也促进了工业制造业的发展。

[1]晋太洋.铝合金在高速切削加工中表面粗糙度的研究[J].滁州职业技术学院学报，2009，01：52-55.

[2]陆海钰.高速及超高速切削加工技术的发展与应用[J].机械制造，1999，05：6-8.