PCD刀具切削SAE327硅鋁合金工藝研究

   時間:2014-03-11 13:14:22
PCD刀具切削SAE327硅鋁合金工藝研究簡介
        1 SAE327材料的特點和切削難點  &……
PCD刀具切削SAE327硅鋁合金工藝研究正文
     1 SAE327材料的特點和切削難點
  SAE327為鑄造硅鋁合金,是製造製冷壓縮機連桿的主要材料。主要元素含量Si7%~8.6%,Cu1%~2%,Mg0.25%~0.6%,Mn0.2%~0.6%。抗拉強度>230MPa,硬度110~130HB,延伸率>1%。其晶格由高塑性的Al和高脆性的初晶Si組成。切削加工時,Al的塑性大,熔點低,易在工件表面與刀尖接觸處產生積屑瘤,隨後與破碎的初晶Si一起使工件部分表皮剝落,形成刀痕,使工件表面粗糙度變差。同時由於高硬度的Si含量較高,刀具也容易磨損。目前對壓縮機效率值COP的要求不斷提高,為減少往複式活塞壓縮機內摩擦並降低輸入功率值,連桿孔與曲軸間需要保證極小的摩擦係數和很高的表面接觸率,要求圓度≤2μm,表面粗糙度≤Ra0.4μm,尺寸精度≤2μm,使用傳統切削辦法很難達到如此高的要求,因而在壓縮機零件中一直是較為難加工的鋁合金材料。?
  2 PCD的基本特點及高速干切削技術
  隨著聚晶金剛石(PCD)刀具技術和高速切削技術的發展,針對SAE327的切削性能,我們使用PCD刀具對連桿孔進行高速乾式鏜削,較好地解決了問題。PCD材質穩定,使用性能可以預測,故比天然金剛石更合適於作為切削刀具。PCD具有目前最高的硬度和耐磨性,具有非常鋒利的刀刃,有很好的導熱性,線膨脹係數很小,摩擦係數也小。但其主要缺點是強度低,脆性大,抗衝擊能力差。因此一般不用於斷續切削和重負荷切削。採用PCD刀具加工鋁合金時,由於金剛石硬度高,表面與金屬親和力小,且刀具一般拋光成鏡面,不易產生積屑瘤,加工尺寸穩定性以及表面質量都很好。在Ra0.02~0.32μm的條件下,可獲得5~7級精度。
  鋁合金傳熱係數高,線膨脹係數大,在加工過程中會大量吸收切削熱,使工件發生熱變形,而且鋁合金硬度和熔點都較低,因此加工過程中切屑容易與刀具發生「膠焊」或粘連,形成積屑瘤,這都是傳統鋁合金干切削中遇到的最大難題。解決的最好辦法是採用高速干切削。高速切削中,95%的熱量都傳給了切屑,切屑在與前刀面接觸的界面上會被局部熔化,形成一層極薄的液態膜,因而切屑很容易在瞬間被切離工件,大大減少切削力和產生積屑瘤,而且工件基本可以保持常溫。既可以提高生產率,又改善了表面質量。?
  3 PCD鏜刀加工SAE327的切削性能
  我們使用PCD刀具對SAE327進行高速干鏜孔,經過反覆切削試驗,對其工藝進行摸索和總結。加工連桿孔的情況基本如下:同一隻鏜刀中,硬質合金刀頭用於粗加工,PCD刀片用於精加工,單邊余量為0.05mm。連桿組件大孔中間兩邊有0.5mm的縫隙,孔表面中間有直徑5mm油孔。由於加工表面非連續,應屬於斷續切削。採用無切削液的干切,有壓縮空氣噴射清除切屑。
  3.1 切削速度的影響?
  切削試驗表明,PCD切削速度與SAE327孔表面粗糙度關係很大。在實際生產中,為保證較低的表面粗糙度,可以採用較高的切削速度。但切削速度達到一定程度之後,由於高速條件下系統剛性和平衡性問題,表面粗糙度不但無法再繼續下降,反而略有升高,而且機床功率要增加很多。所以一般情況下經濟切削速度維持在140~180m/min之間即可,追求過高的切削速度是沒有必要的。
  3.2 進給速度的影響
  試驗表明,PCD進給速度與SAE327孔表面粗糙度之間有一定的關係。為綜合保證較低的表面粗糙度和較高的生產率,選擇合適的進給速度是重要的,應避開粗糙度為最高點時的進給速度。合適的進給速度也與PCD的刀具角度和刀尖型式有關。
  3.3 刀具幾何型式的影響?
  針對PCD的脆性缺點,而且我們加工剖分式連桿,孔中間有一定的縫隙,因此刀刃的幾何參數應該盡量考慮減小崩刃的可能。一般刀尖頂刃形式分為小圓弧、大圓弧、直線形、多邊形折線。切削實際表明:頂刃小圓弧的擠光作用對錶面粗糙度的下降是有益的。雖然此時PCD刀尖不鋒利,但切削效果卻比鋒利時還要好些。此時粗糙度由原來的Ra0.3~0.33μm降低到Ra0.15~0.18μm,這對提高連桿與曲軸之間的表面接觸率,減少摩擦是有利的。精切SAE327時,可選擇PCD鏜刀的前角γ0=0°~5°,后角α0=10°~15°,主偏角Κr=50°~70°,刃傾角λs=0°。安裝時鏜刀頭安裝孔對鏜刀桿中心可以有偏心,以保證實際切削的前角更大一些。?
  3.4 刀具與機床系統?
  PCD高速切削系統是一個複雜的綜合系統,除了PCD刀具自身外,仍需要注意切削系統的其它部分。機床主軸與刀具的介面是非常關鍵的環節,它直接影響加工精度的穩定性。我們將連桿鏜床鏜刀柄與機床主軸的介面採用HSK32C。其主要優點是:採用錐面與端面過定位的結合形式,能有效地提高結合剛度;具有良好的高速性能;1:10錐

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