我们都知道高速切削加工的刀具材料除了满足高硬度、耐磨性、强度、韧性、抗氧化性及抗粘结性、工艺性和经济性的要求外,还应具备高的耐热性、抗热冲击性,良好的高温力学性能和高可靠性。不同的刀具材料,适用加工的工件材料不同。随着发动机活塞材料含硅量的增多,材料的加工性能下降,以往沿用的硬质合金刀具就难以胜任了。那么加工硅铝用什么刀具最好?
其实切削高硅铝合金的理想刀具材料是PCD刀具,PCD刀具比较适合加工硅铝合金,尤其适合加工含硅量高的铝合金零件。PCD刀具是加工铝合金,特别是高硅铝合金最为有效的刀具材料,也是这种刀具材料使用的最为广泛的加工领域。
切削加工性差的原因:
硅铝合金特别是高硅铝合金能否应用于大批量生产的零件,在很大程度上取决于它的切削加工性能,它比其他铝合金的切削要困难。切削这种合金时刀具磨损非常严重,因为这种合金的基体是粗大的、一次析出的硅结晶体就像砂轮一样,以很高的显微硬度作用在刀具上,当含硅量增加到17%~18%时,刀具磨损更为严重。此外,在切削加工高硅铝合金铸件时,在刀尖上常会产生积屑瘤,其高频的生长与脱落,往往使加工表面粗糙度增大。产生上述现象的主要原因是由于高硅铝合金是一种高延性、高脆性的复合材料,脆性粒子硅分布在延性的基体铝中。
加工性能的改善措施,为了提高改善高硅铝合金的切削加工性能,主要采取以下几方面的措施:
1.进行细化处理
试验与使用证实,对高硅铝合金进行细化处理不仅使初晶硅细化,而且还可使其分布均匀。用含19%的Al、1.0%的Si、0.4%的Mg及少量锰合金砂型铸件进行的车削结果表明,经细化处理使加工表面粗糙度明显降低。此外,细化初晶硅可使刀具磨损显著减轻。
2.加入合金元素
在硅铝合金中加入0.5%的Cu即可改善砂型和金属铸件的表面粗糙度。磨削试验结果表明,加工含1.0%的Cu、1.0%的Mg和1.0%的Ni的硅铝合金工件时,其表面粗糙度比加工不含这些元素材料时要低。
3.加入易切削元素
在硅铝合金中加入1%的Pb或1%的Bi可使刨削后的工件表面撕裂现象减少,切屑易于碎断。如加入2%的Cu还能作进一步改善,可使铣削后的工件表面刀痕减少,切屑卷曲成圈。此外,在硅铝合金中加Sn元素可减小车削、铣削和钻孔时的切削力,并能得到良好的加工表面而不影响其机械性能。
4.热处理
热处理可改善铝合金的切削性能。硅铝合金加热时,α固溶体因强化相溶入而带来的浓度变化,其晶体结构并未改变,硅铝合金淬火后基体组织并未变化,仍保持了硅铝合金原有的良好塑性,而且因脆性第二相溶入基体有时塑性反而进一步提高。强度则因基体合金元素浓度的增加而提高,即获得了固溶强化。由此可知,强化热处理后的硅铝合金切削加工性反而得到了提高。
理想的加工刀具
PCD是指将金刚石微粉(粒度为微米级)与少量的金属粉末(如Co等)混合后在高温(1400℃)高压下烧结而成的聚晶体。市场上作为商品供应的PCD复合片,是由0.5~0.7mm厚的聚晶金刚石层在高温、高压下使其牢固地和硬质合金衬底结合的一种超硬复合材料。它既具备了PCD的高硬度、高耐磨性,又兼有硬质合金的良好强度和韧性,因此用PCD复合片制成的刀具是使用最广泛的金刚石刀具,被大量应用于汽车、航空航天等工业领域。
总之高硅铝合金的硬度和耐磨性比其他铝合金高,切削时刀具交替地切削软的铝基和硬的硅颗粒,使用普通硬质合金刀具时很容易磨损;同时刀具也很容易产生积屑瘤,因而会使加工精度和表面粗糙度恶化。为了避免积屑瘤和加工硬化,刀刃必须锋利,刀面必须光滑,PCD刀具正好符合这些要求。希望以上内容对读者有帮助。