鋁合金環(huán)形件高速車削研究

高松 袁昊 紀(jì)玉維

摘 ?要：鋁合金環(huán)形件作為系列家族零件，其車加工此前由普通車床加工完成，后來經(jīng)過普轉(zhuǎn)數(shù)及數(shù)控程序優(yōu)化等工作，家族零件的加工效率一直未能達(dá)到前期普通設(shè)備加工狀態(tài)，其加工參數(shù)及加工方案也一直未能固化，參數(shù)過于保守、加工效率較低，機(jī)床加工能力有待于進(jìn)一步開發(fā)，因此開展該次攻關(guān)工作。經(jīng)過此次攻關(guān)，通過多次試驗(yàn)，最終顯著提高了該家族零件的加工效率。

關(guān)鍵詞：鋁合金環(huán)形件;高速車削;機(jī)床功能開發(fā)

中圖分類號(hào)：TH16 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

鋁合金環(huán)形件作為系列家族零件，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造與生產(chǎn)中占有較大份額。該類零件在車加工中主要包括端面加工、槽型加工以及內(nèi)外圓加工。

1 項(xiàng)目概述

該系列零件前期采用普通車床加工，后經(jīng)普轉(zhuǎn)數(shù)由多種數(shù)控設(shè)備完成加工。由于該零件前期加工設(shè)備繁雜其加工參數(shù)及加工方案一直未能固化，參數(shù)過于保守、加工效率較低。

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，提高鋁合金零件車削的金屬去除率200%以上。

該課題以鋁合金環(huán)形件為載體，從走刀路線、切削方式、加工參數(shù)和刀具使用等方面研究適用于現(xiàn)場(chǎng)常用鋁合金材料的合理加工方案，切實(shí)有效地提高現(xiàn)有零件的加工效率。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，提高鋁合金零件車削的金屬去除率200%以上。

2 問題原因分析

切削效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式可用金屬去除率Q表示。

Q=ap×ae×Vf

ap—切深，mm

ae—切寬（進(jìn)給），mm（mm/r）

Vf—切削速度，r/min

切深ap增加，切削阻力增加，切削熱增大，加工后殘余應(yīng)力增大，零件變形量大;切寬ae增加，表面粗糙度增大，零件表面完整性變差;切削速度Vf增加，切削熱增大，刀具耐用度降低，零件離心力增大，所需夾緊力增大，影響零件加工變形。

受零件加工余量、結(jié)構(gòu)及使用刀具影響，最大切深ap暫無提高空間?？紤]零件表面完整性影響，最大切寬ae有待提高?？紤]刀具耐用度、壓緊、機(jī)床等因素，最大切削速度Vf有待提高。

3 技術(shù)方案驗(yàn)證

為了解機(jī)床使用性能，進(jìn)而走訪了使用類似設(shè)備的相關(guān)單位用以了解機(jī)床的使用情況。

通過與機(jī)床廠家溝通了解，該廠使用設(shè)備在地基條件良好的前提下，機(jī)床不帶花盤最大轉(zhuǎn)速3 000 r/min。TU40配800花盤，最高轉(zhuǎn)速500 r/min。TU40配600花盤，最高轉(zhuǎn)速600 r/min。TU40配500花盤，最高轉(zhuǎn)速800 r/min。

機(jī)床轉(zhuǎn)速過高，會(huì)加增加機(jī)床自身的振動(dòng)，加劇轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損，縮短機(jī)床使用壽命及精度切削數(shù)據(jù)及設(shè)備使用情況見表1，表2。

為提高機(jī)床剛性，減少因加工產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行了搬遷，同時(shí)增加了機(jī)床地腳。

將各種參數(shù)及刀具試加工結(jié)果進(jìn)行匯總分析，見表3。

通過多次試驗(yàn)，在該參數(shù)時(shí)的鋁合金環(huán)形件能獲得經(jīng)濟(jì)性高且質(zhì)量穩(wěn)定的加工效果。

4 攻關(guān)結(jié)論

由于鋁合金零件密度低、剛性弱、彈性模量小，切削時(shí)刀具磨損量小。切削速度的提高對(duì)刀具耐用度影響不大。隨著切削速度的提高，機(jī)床振動(dòng)逐漸增加。綜合考慮機(jī)床性能，針對(duì)現(xiàn)有條件，鋁合金外圓車削，其加工參數(shù)為切深0.5 mm、切寬0.2 mm/r、速度450 r/min、金屬去除率45 mm2 /min時(shí)能獲得經(jīng)濟(jì)性高且質(zhì)量穩(wěn)定的加工效果。其金屬去除率有10 mm2 /min提高到45 mm2 /min，提升效率350%。

由于不銹鋼零件密度大、剛性強(qiáng)、彈性模量大，斷屑困難，切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化，切削速度的提高對(duì)刀具耐用度影響較大。過高的切削熱還會(huì)導(dǎo)致零件表面組織發(fā)生相變，改變材料性能，綜合考慮現(xiàn)有條件，不銹鋼外圓車削，其加工參數(shù)為： 切深0.3 mm;切寬0.3 mm/r;速度120 r/min;金屬去除率10.8 mm2 /min時(shí)能獲得經(jīng)濟(jì)性高且質(zhì)量穩(wěn)定的加工效果。 其金屬去除率有4.8 mm2 /min提高到10.8 mm2 /min，提升效率125% 。

5 攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)

該次攻關(guān)通過對(duì)鋁合金及不銹鋼零件加工過程的跟產(chǎn)以及在加工過程中對(duì)刀具選擇、加工參數(shù)等方面的試驗(yàn)后得到如下經(jīng)驗(yàn)。1）高速車技術(shù)在鋁合金零件開放性型面加工上能夠獲得顯著的加工效果。2）切削速度的提高會(huì)影響切屑的形態(tài)。針對(duì)封閉型腔、窄槽等難排屑結(jié)構(gòu)處使用高速車技術(shù)易造成切屑堆積。3）切削速度的提高會(huì)導(dǎo)致切削熱的增加，使加工后的表面產(chǎn)生加工硬化甚至?xí)菇饘俦砻娼M織發(fā)生相變。

6 遺留問題

遺留問題有3點(diǎn)。1）待后續(xù)高精度車床到位后繼續(xù)深入研究鋁合金高速車。2）聯(lián)系更多刀具廠家，對(duì)車槽工序的刀具進(jìn)行進(jìn)一步研究。 3）針對(duì)立式車床繼續(xù)深入研究高速車的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李宏策.數(shù)控加工與傳統(tǒng)機(jī)加工工藝比較[J].機(jī)床與液壓， 2011， 39（20）：46-48.

[2]潘曉彬.表面粗糙度測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)， 2011.