鋁合金切削加工條件選擇及其切削加工性能改善

1、鋁合金的切削加工包括車、銑、鉆、鏜、鋸等,其中車、銑切削加工應(yīng)用最廣。鋁合金的切削加工性與銅合金有許多相似之處。由于鋁合金強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低,塑性較小,對(duì)刀具磨損小,且熱導(dǎo)率較高,使切削溫度較低,所以鋁合金的切削加工性較好,屬于易加工材料,適于較高切削速度切削。但鋁合金熔點(diǎn)較低,溫度升高后塑性增大,在高溫高壓作用下,切屑界面摩擦力很大,容易粘刀;特別是退火狀態(tài)的鋁合金,不易獲得低的表面粗糙度。1.刀具材料的選擇加工鋁合金的精度要求不高時(shí),刀具材料可選用W18Cr4V高速鋼和YG6、YG8、YG8N等硬質(zhì)合金。YG6宜用于余量均勻條件下的連續(xù)粗加工和半精加工,YG8和YG8N用于鑄件或重載荷的粗

2、加工。加工精度較高時(shí),刀具材料可選用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金YM051、YMO52等、聚晶金剛石或者金剛石。加工精度很高時(shí),刀具材料可選用金剛石。精加工時(shí)、為避免由于鋁與陶瓷的化學(xué)親和力而產(chǎn)生粘結(jié)(切屑氧化即生成Al2O3,一般不采用陶瓷刀具。2.切削條件的選擇2.1刀具幾何參數(shù)的選擇鋁合金的強(qiáng)度和硬度比銅合金低,宜選取更大的前角(0。粗車時(shí)取0=200250,精車時(shí)取0=250300,切削刃要求磨得鋒利,刀具表面粗糙度值要小。由于鋁合金的彈性模量較小(約為70GPa,只有45鋼的1/3左右,由工件彈性恢復(fù)產(chǎn)生的后面摩擦更為嚴(yán)重。所以,應(yīng)選取較大的后角(0,粗車時(shí)取0=80 100,精車時(shí)取0=1001

3、20,刃傾角(s一般取s=00100,粗加工取小值,精加工時(shí)取大值。2.2刀具切削表面粗糙度和磨削紋方向的選擇刀具切削表面條件對(duì)于控制刀具磨損起重要作用。切削加工時(shí),硬度較低的鋁合金(也包括某些較硬的鋁合金,往往會(huì)焊在刀具表面上,并形成積屑瘤。這種積屑瘤將構(gòu)成一個(gè)新的切削表面,從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的切屑和較差的表面粗糙度,并引起刀具過(guò)熱和過(guò)早失效。改進(jìn)的措施是在切屑流動(dòng)的方向上磨削和超精研磨刀具,使切屑易于在刀具表面上滑移。還可加寬出屑槽,使切屑流動(dòng)暢通。但每道工序?qū)τ诘毒咝弈ベM(fèi)用應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算,并和總的加工費(fèi)用進(jìn)行平衡。2.3切削進(jìn)給量切削進(jìn)給量要足夠大,以保證刀具切削,而不是與工件摩擦。由于鋁合

4、金的硬度較低,且導(dǎo)熱性較好,宜進(jìn)行較高速度切削。與車削45鋼相比,車削硬鋁的切削速度可提高3倍左右。工件、刀具和夾具必須安裝牢固,刀具應(yīng)盡可能與工件接觸于中心線。2.4冷卻潤(rùn)滑冷卻潤(rùn)滑對(duì)刀具壽命的影響很大。切削液(或潤(rùn)滑液所起的作用是:潤(rùn)滑刀具使切屑移動(dòng)流暢,使工件得到冷卻,使斷裂的切屑從工件上沖走。要使用優(yōu)質(zhì)的切削液,要將切削液用在工件的關(guān)鍵部位。用硬質(zhì)合金車刀粗車鋁合金時(shí),一般可不用冷卻潤(rùn)滑。用高速鋼刀具車削鋁合金時(shí)可用切削液冷卻潤(rùn)滑。當(dāng)切削進(jìn)給量較大和粗車鋁硅合金時(shí),可用5%的乳化液,精加工時(shí)由于鋁容易和氫起化學(xué)作用,使工件表面產(chǎn)生很細(xì)的針孔,不宜采用水劑切削液。為減小摩擦和粘刀,一般常

5、用煤油或煤油加全損耗系統(tǒng)用油(機(jī)油的混合油作切削液。按鋁合金的切削性能,可將鋁合金分為兩類:類是指工業(yè)純鋁和硬度小于80HB的退火狀態(tài)的鋁合金,類是指淬火時(shí)效狀態(tài)的變形鋁合金。表1表3為鋁合金的典型切削參數(shù)。表1鋁合金的典型切削參數(shù)表2金剛石刀具的典型切削參數(shù)表3鋁合金的典型銑削參數(shù)3.鋁合金切削加工性能的改善所選用的鋁合金及其硬度對(duì)刀具壽命有重要影響。鋁合金中添加的合金元素,既可處于固溶狀態(tài),也可作為彌散的質(zhì)點(diǎn)而處于不溶解狀態(tài)。不溶解狀態(tài)的組分一般要比鋁的基體更硬,這些硬的質(zhì)點(diǎn)將造成刀具的磨損。如果通過(guò)固溶處理及快速淬火使這些硬的質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及析出,可以減輕對(duì)刀具的研磨效應(yīng)。然而,如果這些組分由

6、子固溶緩慢,固溶處理后淬火不良,或是過(guò)度時(shí)效而導(dǎo)致硬的質(zhì)點(diǎn)增大,則將加速刀具的磨損。鋁合金的切削加工性隨加入的合金元素及硬度的(下轉(zhuǎn)第78頁(yè)操作刀具材料鋁合金材料切削速度(m/min副后角(0縱向前角(0進(jìn)給量(mm/r切削深度(mm冷卻劑粗車高速鋼20040091230401315無(wú)無(wú)10025081020300.20.5315硬質(zhì)合金600120071020300.30.6315無(wú)無(wú)20040071010200.250.6315精車高速鋼40090081040500.050.30.32.5乳液或切削液2005007930400.030.250.32.5硬質(zhì)合金240081020300.15

7、0.32.5乳液或切削液2507007910200.050.10.32.5鋁合金材料切削速度(m/min進(jìn)給量(mm/r切削長(zhǎng)屑合金的切削深度(mm切削短屑合金的切削深度(mm30000.020.10.020.30.020.680014000.020.10.020.30.020.6操作刀具材料鋁合金材料銑削速度(m/min主間隙角(0側(cè)傾角(0進(jìn)給量(mm/r銑削深度(mm螺旋線角(0冷卻劑粗銑高速鋼3006008250.10.52203040無(wú)無(wú)1504006200.10.522030硬質(zhì)合金25008200.10.62203040無(wú)無(wú)3008006150.10.622030精銑高速鋼150

8、012300.030.10.53040乳液或切削液25080010250.030.10.530硬質(zhì)合金300012250.030.10.53040乳液或切削液500150010200.030.10.530鋁合金切削加工條件選擇及其切削加工性能改善熊建武周進(jìn)劉楚玉(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系湖南株洲412001【摘要】鋁合金的切削加工主要是車、銑加工,本文闡述了刀具材料的選擇、典型切削參數(shù)以及改善鋁合金切削加工性能的措施?！娟P(guān)鍵詞】鋁合金;刀具材料;典型切削參數(shù);切削加工性能The Choice of Condition of Cutting Process and Improvement

9、of Function of Cutting Process of Aluminum AlloyXIONG Jian-wu,ZHOU Jin,LIU Chu-yu(Department of Machine and Electricity Enginerring,Hunan Railway Professional-Technology College,Zhuzhou412001China【Abstract】The cutting process of aluminum alloy mainly is turning and milling process.This paper elabora

10、ted the choice of cutting-tool material, typical cutting parameter and the measure to improve the function of cutting process of aluminum alloy.【Key words】Aluminum alloy;the material of cutting-tool;typical cutting parameter;function of cutting process科(上接第24頁(yè)不同而有很大差異。變形鋁合金的種類較多,其中防銹鋁合金、銅含量低的鍛鋁(如6A0

11、2即LD2強(qiáng)度低,塑性高,切削時(shí)易粘刀,使已加工表面“起毛”,表面粗糙度值大,切削加工性差;經(jīng)冷變形后,切削加工性可得到改善。硬鋁、超硬鋁合金和銅含量較高(1.8%4.5%的鍛鋁,由于生成脆性化合物(CuAl2分布于固溶體晶粒界面上,使韌性和塑性降低,具有良好的切削加工性。在許多鑄造鋁合金中硅的含量很高(在4%13%之間,硅形成粗大的片狀?yuàn)A雜形態(tài)游離于鋁合金的金相組織中,在切削過(guò)程中對(duì)刀具有磨料作用,刀具容易磨損,切削加工性較差。鑄造鋁合金中硅的含量及其顆粒大小都會(huì)直接影響刀具的磨損量,增大硅顆粒尺寸而不改變含量,或者增加硅的含量而不改變硅顆粒尺寸,都會(huì)加劇刀具的磨損。若經(jīng)球化或變質(zhì)處理,使硅

12、的片狀形態(tài)球化或使其順粒細(xì)化,則可改善切削加工性。另外,鑄造鋁合金中存在的鐵也可形成硬質(zhì)點(diǎn),鐵含量的增加會(huì)加劇刀具的磨損。對(duì)此,可添加0.20%的錳以減輕其對(duì)刀具壽命的不利影響。鑄造鋁合金中存在的鎂和銅,也因形成較硬的組分而加劇刀具的磨損。對(duì)此,可通過(guò)熱處理使鎂、銅組分溶解,以減少刀具的磨損?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1林鋼,林慧國(guó),趙玉淘.鋁合金應(yīng)用手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2006.2潘復(fù)生,張丁非.鋁合金及應(yīng)用M.化學(xué)工業(yè)出版社,2006.3劉杰華,任昭蓉.金屬切削與刀具實(shí)用技術(shù)M.國(guó)防工業(yè)出版社,2006.4陸劍中,孫家寧.金屬切削原理與刀具M(jìn).機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5陸劍中,周志明.金屬切削原理

13、與刀具M(jìn).機(jī)械工業(yè)出版社,2006.作者簡(jiǎn)介:熊建武(1964,男,湖南安化縣人,工學(xué)碩士,副教授、高級(jí)工程師,研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造。周進(jìn)(1965,女,湖南南縣人,副教授、高級(jí)工程師,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用與機(jī)電工程?；痦?xiàng)目:湖南教育“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)課題(編號(hào)XJK06AZC019、2006年湖南省高等學(xué)校研究項(xiàng)目(編號(hào)06D062和中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)教工委課題(編號(hào)7-6資助。責(zé)任編輯:翟成梁1.前言在鍋爐安裝過(guò)程中,不但要求其流暢性、準(zhǔn)確性、嚴(yán)密性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性,而且要求其部件熱膨脹靈活自由。由于鍋爐安裝工作是在常溫條件下進(jìn)行的,而鍋爐在正常參數(shù)下運(yùn)行時(shí),各部位材質(zhì)不同、受熱不

14、同、膨脹方向不同,因此,鍋爐在使用過(guò)程中的膨脹性是十分復(fù)雜的。所以對(duì)膨脹部位要留有足夠的間隙,保證膨脹時(shí)能靈活自由的脹出或收縮時(shí)能回到相應(yīng)溫度條件的脹值位置。某化工企業(yè)2006年新建運(yùn)行了一大型化工項(xiàng)目,其配套的35噸/小時(shí)的余熱鍋爐運(yùn)行不到一年,因?yàn)槲戳粼O(shè)膨脹縫,造成爐墻局部倒塌或開(kāi)裂,無(wú)法保證該鍋爐的安全運(yùn)行,被迫系統(tǒng)停車進(jìn)行檢修,直接及間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100多萬(wàn)元/天。在現(xiàn)場(chǎng)看到的情景令人觸目驚心,該余熱鍋爐爐墻損壞之嚴(yán)重令人難以置信。從這個(gè)現(xiàn)實(shí)可以看出,鍋爐爐墻膨脹縫的留設(shè)是多么的重要。2.膨脹縫的留設(shè)2.1膨脹縫的留設(shè)的基本原則2.1.1形體不長(zhǎng)的爐子,通常是依靠磚縫泥漿和空隙的壓縮來(lái)

15、補(bǔ)償膨脹。2.1.2砌筑高溫加熱爐或形體大的爐子,依靠灰縫的收縮來(lái)補(bǔ)償爐墻的膨脹是不夠的,因而必須采取特殊的預(yù)防措施,防止?fàn)t墻因膨脹而破壞。為此,在砌筑時(shí),要留設(shè)膨脹縫,即留出爐墻受熱后膨脹的余量。2.1.3膨脹縫的留設(shè)位置應(yīng)避開(kāi)受力部位、爐體骨架、墻體孔洞,以免影響強(qiáng)度,膨脹縫以均勻分開(kāi)留設(shè)為宜。2.1.4砌體膨脹縫的數(shù)值、構(gòu)造及分布位置,均應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)定執(zhí)行。2.2膨脹縫的留設(shè)方法2.2.1爐子各部位的膨脹縫的砌筑,不允許降低墻體的強(qiáng)度,而且要保證氣體不滲漏。為便于施工,在施工時(shí)要預(yù)先將所填的石棉繩掛在縫的上方,以便砌磚時(shí)將其壓住;靠近爐膛表面的一根石棉繩必須用稀薄的耐火泥漿浸過(guò)。2.2.

16、2膨脹縫內(nèi)應(yīng)保持絕對(duì)整潔,不應(yīng)有雜物或建筑垃圾。2.2.3膨脹縫的寬度通常為20mm ,采用直徑25mm 的石棉繩填充。2.2.4爐墻和拱頂?shù)呐蛎浛p除了填充石棉繩外,拱頂上部縫的外露部位要用一層平砌磚覆蓋。2.2.5爐內(nèi)的隔墻或折焰墻等部位的膨脹縫需要伸入墻內(nèi),應(yīng)伸入90-95mm 為宜。2.2.6懸掛拱通常采用靠近兩側(cè)墻磚列的側(cè)面和底部留設(shè)膨脹縫,縫內(nèi)填充石棉繩。2.2.7砌體與鋼架立柱、橫梁等構(gòu)件間應(yīng)留設(shè)膨脹縫,使金屬在受熱時(shí)能自由膨脹。一般金屬面與耐火砌體的接觸面應(yīng)鋪貼石棉板。2.2.8爐墻內(nèi)管子、集箱的膨脹縫必須在管子上纏繞直徑10-20mm 的石棉繩;墻內(nèi)鑄件的膨脹縫在擱條的四周用10-15mm 的石棉板作填充材料;墻內(nèi)鼓筒的膨脹縫要沿其四周砌筑圓形拱,在鼓筒與拱之間填充直徑25mm 石棉繩。2.2.9鍋爐頂蓋磚與爐墻、鼓筒、集箱連接處均應(yīng)留設(shè)膨脹縫,并應(yīng)避免與耐火磚墻面形成垂直縫,在頂蓋磚的下部砌磚托或伸入墻內(nèi),然后用石棉繩填充密實(shí),防止跑煙漏氣。3.結(jié)語(yǔ)鍋爐安裝工藝要求的內(nèi)容很多,膨脹縫的留設(shè)只是其中的一小項(xiàng),但是也應(yīng)引起施工單位、建設(shè)單位的高度重視,否則,也會(huì)造