铝合金材料在机械制造中的切削性能研究

引言：

在现代机械制造行业里，材料要符合强度，精度，轻量化以及低成本等诸多严苛要求。铝合金因为密度小（约为钢的 1/3），比强度高、导电导热性能好而且容易加工成型等优点，成了航空航天，汽车制造等领域理想的金属材料。在铝合金零部件成型期间，切削加工是主要手段，其切削性能直接影响加工难易程度、效率和质量。良好的切削性能可以削减刀具磨损、减小切削力、改善表面质量，进而缩减成本，如果切削性能不佳，就容易产生粘刀、积屑瘤等现象，影响产品性能和寿命。因此，探究铝合金切削性能及其改良办法，既有理论意义又有实际意义。

一、影响铝合金切削性能的主要因素

（一）材料本身的成分与组织

铝合金的成分、组织是其切削性能的主要内在原因。从化学成分来看，纯铝切削性能好而强度低，机械制造应用少；合金元素的影响，低硅量利于切削，高于 12% 会导致硬脆颗粒，刀具磨损加剧；铜能提高强度，但易形成积屑瘤，切削性能下降；镁有助于改善塑性韧性，含量过高造成粘刀。微观组织方面，晶粒细小均匀的铝合金容易断裂，切削力较小；晶粒粗大的铝合金切削力较大，表面质量差；晶粒分布较均匀，尺寸细小的析出相可以提高材料性能，但是增加切削难度；晶粒分布不均匀且粗大的析出相使刀具磨损加剧。

（二）切削参数

切削参数包含切削速度，进给量以及切削深度，这些都是影响铝合金切削性能的关键外在因素。切削速度在一定范围内提升可以加大材料的塑性、削减切削力，但速度过高就会加重刀具的磨损程度，进给量过大时会影响表面粗糙度，过小则容易形成积屑瘤；切削深度增大以后，切削力会大幅度上升，对于表面粗糙度的影响较小。实际加工当中，要按照工件的需求，在粗加工和精加工阶段恰当选定切削深度，还要考虑到切削速度和进给量，在保障加工质量的同时尽量提升效率。

（三）切削工具

切削工具的材料与几何参数是影响铝合金切削性能的主要因素。刀具材料的选用：由于铝合金的塑性与韧性大容易粘刀以及容易产生积屑瘤的特性所以选择刀具材料应具有良好的耐磨性、抗粘结性、耐热性。高速钢价格便宜但是耐热性差适用于低速切削硬质合金硬度、耐磨性、耐热性好应用最广；陶瓷和金刚石刀具适合于高速精密加工，但是成本相对较高；刀具几何参数的确定：前角影响切削力，增大前角对改善切削性能有利，但是过大会造成崩刃。后角影响摩擦，过大减小了刀具强度，刃倾角影响切屑的排出和切削力的分布，合理的刃倾角大小有利于切削加工。

二、提升铝合金切削性能的措施

（一）合理选择铝合金材料

机械制造的过程中，应当依照具体加工要求以及使用性能的要求，恰当地选用铝合金材质。就切削性能而言，需要较高性能的场合，则应着重选取那些有利于切削加工的铝合金牌号，如 6061 铝合金含有的硅、镁等物质，它有着良好的切削性能，并且常常被用来制造各种机械零部件；052 铝合金具有良好的塑性、耐腐蚀性，切削性能良好，适合制造一些形状比较复杂的零部件。同时，在材料的采购与选择时，也要对材料的质量加以控制，保证其成分和组织符合标准。

（二）优化切削参数

通过调整切削参数的方式可以改善铝合金切削性能，在实际生产加工过程中应根据铝合金牌号、刀具材料以及具体的加工要求等选择切削速度、进给量和切削深度。通常情况下针对塑性较好的铝合金来说，选取较高的切削速度有利于减少积屑瘤的产生现象，而对于硬度较高或者含有硬脆颗粒成分的铝合金，则应该适当减小其相应的切削速度从而减轻对刀具的磨损情况；在进行加工时进给量与切削深度的选取应在确保加工质量的同时尽可能地加快加工进度，可以通过执行切削试验来确定不同类型铝合金在不同加工条件下达到的最佳切削参数组合情况。

（三）选择合适的切削工具

选择合适的切削工具是提高铝合金切削性能的重要保障。刀具材料方面，对于普通的铝合金切削加工来说，硬质合金刀具是比较合适的选择，比如钨钴类硬质合金（YG 类）的韧性好，抗粘结能力强，适用于加工铝合金。对于一些高精度、高速切削的要求，则可以选择陶瓷刀具或者金刚石刀具。刀具几何参数方面要根据铝合金的特点以及加工要求进行选择。一般来说，切削铝合金时用的前角较大（ 10^∘ -20°）、后角较大（8° -12°），以减小切削力和摩擦；刃倾角可取正值，使切屑流向工件待加工表面，以免划伤已加工表面。

（四）采用有效的冷却润滑方式

铝合金切削加工过程中，采取恰当的冷却润滑方式可降低切削温度，削减刀具及工件、切屑之间的摩擦，杜绝粘刀现象，防止产生积屑瘤，改良切削状况。当前常用冷却润滑方式为乳化液冷却、油雾润滑等。乳化液具备较好的冷却性能和润滑性能，能够及时带走切削散发的热量，削减切削时的摩擦，油雾润滑具有用量少，冷却润滑效能佳等优点，适合于高速切削和精密加工。在选用冷却润滑方式时，要依照加工情况及铝合金的性质做出恰当选择，保证冷却润滑液能抵达切削区。

三、结论

铝合金材料在机械制造中的切削性能受诸多因素的影响，这些因素包含材料自身成分和组织状况、切削参数以及切削工具等。要想改善铝合金的切削性能，就要从多个层面入手，比如恰当选取铝合金材料、改良切削参数、挑选合适的切削工具、采用有效的冷却润滑方法等。通过深入探究铝合金的切削性能，把握铝合金切削性能的改变规律，进而采取有针对性的改进手段，做到铝合金的高效且高质量的切削加工，削减生产成本，加强产品的竞争能力。在未来的研究当中，还可探寻新的铝合金材料的切削性能，以及先进的切削技术在铝合金加工过程中的应用情况，给机械制造行业赋予更多的技术支持。

参考文献：

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