PCD刀具加工铝合金表面粗糙度及刃口磨损分析

发布时间: 2020-06-29 发布者: 富耐克应用研究中心

PCD刀具材料硬度高、导热性好、摩擦系数小,使得切削力降低、刀具磨损缓慢、切削过程更为稳定,有利于降低表面粗糙度。高速车削时工件表面可达到镜面效果,是目前车削铝合金理想的刀具材料。在使用过程中应关注工件表面粗糙度和刃口磨损情况。

对铝合金工件表面粗糙度影响因素如表1所示:

表1

影响因素

变化

粗糙度变化

进给量

增大

增大

切削速度

增大

减小至一定值后趋稳

切削深度

增大

不明显

金刚石粒度

增大

增大

PCD刀具加工铝合金刃口的磨损形式与传统刀具有所不同,主要表现为粘结磨损、扩散磨损和聚晶层破损,其特点如表2所示:

表2

刃口磨损形式

特点

粘结磨损

采用不同线速度加工铝合金,肉眼未见粘刀现象及积屑瘤,为非主要磨损方式。

扩散磨损

切削铝合金时具有优异的抗扩散磨损能力,很适合加工铝合金,为非主要磨损方式。

聚晶层破损

物理机械破损,在加工过程中刃口受到冲击造成细微崩口或粘结剂丢失造成金刚石颗粒的剥落形成豁口,出现聚晶层破损会直接影响加工精度并使工件报废。目前为PCD磨损的主要原因。

刃口磨损主要应对措施:

(1)合理选择PCD牌号

精加工或超精加工,应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、粒度细的PCD刀具。粗加工一般选择粗颗粒PCD,PCD颗粒越粗,刀具的抗磨损性能越强。在保证加工精度和质量的前提下,优先选用粒度粗的PCD。

(2)合理选择刃口形式

表3

刃口形式

特点

适合加工铝合金种类

尖锐角

刃口锋利,切削轻快,可明显减小切削力,提高加工表面质量,减少毛刺的形成。

低硅铝合金精加工

钝圆

将刀具刃口钝化出一个R角,可明显降低刀刃折断的风险。

中/高硅铝合金

倒棱

增大刀刃的棱角,使其更稳固,但切削加工时刀刃受到的压力和切削抗力也会增大。

高硅铝合金的重载切削

(3)合理选择刀具角度

PCD刀具主偏角在铝合金加工中主要起到提高刀具强度和分配切削力的作用,主偏角小时,切削宽度长,单位切削刃长度上受力小;主偏角增大,径向分力减小,切削平稳,切削厚度增大,断屑性能好。

(4)合理选择刀具圆角

刀具圆角即刀具主切削刃与副切削刃相交处形成的一个圆角,对加工来说,圆角增强了刀尖强度。同样的进给下,圆角越大,表面粗糙度越好。在获得同样加工粗糙度情况下,大圆角刀片可实现低转速大进给。一般情况下,圆角越大越好,但受切深和工件、机床刚性限制需要有一个匹配的值,并非越大越好。

(5)合理选择加工参数

一般情况下,PCD刀具加工铝合金切削速度建议在4000m/min内,孔加工速度建议在800m/min内。若进给量过大,将增加工件上残余的几何面积,导致切削力增大;若进给量过小,会使切削温度上升,降低切削寿命,一般推荐进给量为0.08-0.15mm/r。增加PCD刀具的切深会使切削力增大、切削热升高,从而增加刀具磨损,也容易引起崩刃。但是切深过小会造成加工硬化,加快刀具磨损甚至崩刃。

综上所述,在加工铝合金工件时应合理选择PCD牌号,合理设计刀型,合理选择正确的加工工艺参数,使加工工件表面光洁度好,刀具磨损程度降低,延长刀具使用寿命,降低生产成本。

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