數控車床加工鋁合金零件的刀具研究

摘 要 鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用，目前鋁合金是應用最多的合金。數控機床是裝有程序控制系統的自動化機床。在數控系統中使用指令和程序自動加工各種零件。采用數控機床加工鋁合金工件有加工精度高、加工質量穩定、生產效率高、利于管理等優點。

關鍵詞 鋁合金 數控機床 數控加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

1鋁合金的種類和特性

鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類：

（1）形變鋁合金能承受壓力加工。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、建筑用門窗等。形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現強化，它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防銹鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。

（2）鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁硅合金又有過共晶硅鋁合金，共晶硅鋁合金，單共晶硅鋁合金，鑄造鋁合金在鑄態下使用。

（3）鋁合金的強度、硬度與純鋁相比提高很多，與鋼材相比強度與硬度低，切削力小，導熱性好。鑄鋁合金塑性低，伸長率一般在4%以下，不宜壓力加工，大多數切削加工性較好。各種狀態下的變形鋁合金，質軟，其強度和硬度都不高，切削加工的難度在于有較高的塑性，切削時易粘刀，形成積屑瘤，難以獲得良好的表面質量；在高速切削時刀刃可能產生熔焊現象，使刀具喪失切削能力，影響加工精度和表面粗糙度。此外，鋁合金的熱脹系數大，切削時容易引起工件熱變形，降低加工精度。因此，在鋁合金加工中，刀具也呈現高水平、多樣化的發展趨勢。

2數控車床

數控車床作為當今使用最廣泛的數控機床之一，主要用于加工軸類、盤套類等回轉體零件，能夠通過程序控制自動完成內外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進行切槽、鉆、擴、鉸孔等工作，而近年來研制出的數控車削中心和數控車銑中心，使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序，提高了加工質量和生產效率，因此特別適宜復雜形狀的回轉體零件的加工。

2.1數控車床的組成

數控車床由床身、主軸箱、刀架進給系統、冷卻潤滑系統及數控系統組成。

2.2數控車床的機械構成

從機械結構上看，數控車床還沒有脫離普通車床的結構形式，即由床身、主軸箱、刀架進給系統，液壓、冷卻、潤滑系統等部分組成。

3切削鋁合金的刀具材料

鋁用加工的刀具材料一般選用細晶粒的YG類硬質合金（ISOK10--K20）、聚晶復合金剛石（PCD，也稱金剛石燒結體）以及天然金剛石等，這些均是適宜切削鋁合金的刀具材料，都可以保證刀具刃口鋒利且耐磨。

近年來市面上也出現了不少用于鋁材加工的涂層硬質合金，就涂層技術而言，不易采用含Al或者Al2O3的涂層，因為氧化了的氧化鋁切屑與涂層材料Al氧化后相同，按照相似相溶理論，切削時會因化學親和力而產生粘結與積屑瘤，造成摩擦阻力增大而使刀具磨損加快。加工鋁合金不宜采用Al2O3基陶瓷刀具也是同樣的道理。

4鋁合金車削加工

從鋁合金的切削加工性可知，無論是車（鏜）削、銑削、鉆削中的哪種切削加工類型，都要求刀具耐磨，切削刃鋒銳，具有前角大、后角大、主偏角大、副偏角小、刃傾角為正角度、刃面光潔等設計特點。

前角：在保持刀刃強度的條件下，選擇大前角，一方面可以磨出鋒利的刃口，另一方面可以減少切削變形，使排屑順暢，進而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。

后角：后角大小對后刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時，由于進給量大，切削負荷重，發熱量大，要求刀具散熱條件好，后角應選擇小一些。精銑時，要求刃口鋒利，減輕后刀面與加工表面的摩擦，減小彈性變形，后角應選擇大一些。

主偏角：適當減小主偏角可以改善散熱條件，使加工區的平均溫度下降。

5結論

選擇開放型大前角和后角的設計使刃口更加鋒利，切削更輕快，切削速度可以更高；選擇刀片前刀面拋光表面處理，可以減小加工過程中切屑與前刀面的摩擦，降低粘結的可能性，使排屑更加順暢，獲得更高的表面質量和壽命；選擇強度更高的刀體和質量更佳刀片，使加工中重復定位精度高，抑制切削過程中產生的振動。另外，需注意在切削加工時要充分考慮鋁合金材料的各種物理、機械性能，需采用小切削力進行切削加工，同時控制溫度給加工中尺寸測量造成的影響，特別是在有較高尺寸精度和表面粗糙度要求時需采用多次精車。

作者簡介：李陽（1983一），男，遼寧，沈陽，工程師

參考文獻

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