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YG刀具與7050鋁合金加工性（xìng）能（néng）匹配研究（jiū）

2016-11-16 來（lái）源：濰（wéi）坊科技學院，機械工程學院作者：劉炳昌

文摘以7050鋁合金為（wéi）研究（jiū）對象，使用YG3和YG6兩種刀具對其進行切削試驗（yàn）。試驗結果表明：YG3刀具切削力和表麵粗糙（cāo）度值高（gāo）於YG6刀具，YG6切削表麵形貌明顯優於YG3刀具，說明YG6刀（dāo）具（jù）與7050鋁合金加工性能匹配性好。

關鍵詞:7050鋁（lǚ）合金，切削力，表麵粗糙（cāo）度，性能匹（pǐ）配

O.引言

7050鋁合金因具有超高的強度、較高的韌性以及優良的抗應（yīng）力腐蝕性能等優點，已經廣泛地應（yīng）用於航空航（háng）天製造。隨著高速（sù）切削理（lǐ）論的飛（fēi）速發（fā）展，國內外有很多專家學者對高速切削技術開展了大（dà）量研究。在國內，趙凱等人開展了航空鋁合（hé）金薄壁件銑削變形預測研（yán）究¨o；譚靚等（děng）人（rén）研究了7055鋁合金高速加工表麵（miàn）完整性對（duì）疲勞壽命的影響（xiǎng）心3；成群林等人針（zhēn）對航空鋁合（hé）金銑削加工中切（qiē）削力的數值模擬展開研究"1；周軍等研究了7050—1745l鋁合金微切削加工機（jī）理及表麵完整性（xìng）”。；付秀麗（lì）等人對高速切削加工航空鋁（lǚ）合金7050一盯451剪切角模（mó）型展開研究∞o；在（zài）國外，Paturi等研究了薄壁AA7075鋁合金構件切削表麵粗（cū）糙度影響因素M1，M．Ketabchi采用有限元對AA7075鋁合金高速（sù）切削進行了模擬，分（fèn）析了正交實驗（yàn）中（zhōng）材料流動應力的變化p]。雖然，對鋁合金高速切（qiē）削的研究逐年增多，但（dàn）是刀具一工件性能匹配方麵的（de）研究較為（wéi）匱乏。本文以7050鋁合金為研究對象，選取不同的刀具來切削7050鋁合金，研究YG刀具與（yǔ）7050鋁合金的加工匹配特性。

1.實（shí）驗

1．1材料及設備

T6熱處理的7050鋁合金板材，工件尺寸為50mm×15 mm×70 mm，其材料成分見表l。

表1 7惦（diàn）O鋁合金的化學成分

高速銑削實驗在KVC800型立式加（jiā）工中心上進行，所用刀（dāo）具為YG3和YG6兩種刀具，其幾何角（jiǎo）度完全一致；銑削結（jié）束後，利用探針式表麵粗糙度儀對整個工件加（jiā）工表麵選定區域進行粗糙度測（cè）量（liàng）。

1．2方法

試驗選用兩種刀具（jù）切削7050鋁合金，用表麵粗（cū）糙度作為刀具一工件材料（liào）性能匹配標準。表麵粗糙（cāo）度（dù）的影響（xiǎng）因素有很多，切削參數、工件材料及刀具幾何形狀等都對切削加工表麵（miàn）粗糙度有影響舊（jiù）J。對於確（què）定的加工工藝而言，機床主軸轉速、銑削速度、切削深度、機床進給速度（dù）和每齒進給量都（dōu）是影響工（gōng）件表麵（miàn）粗糙度（dù）的重要參（cān）數。其中（zhōng）主軸轉速與銑削速度之間、每齒進給量與機床進給（gěi）速度之間（jiān）都具有確定關係∽j。因此，選定銑削速度、切（qiē）削（xuē）深度和每齒進給量（liàng）三個參數來進行研（yán）究。高速切（qiē）削試驗具體實驗方（fāng）案如表2所示。

表2銑削速度單因（yīn）素實驗方案

2.結果及討論

2．1 YG3刀具切（qiē）削加工表麵質量

圖1為YG6刀具在不同切削速度下切削力和表麵粗糙度曲線圖，圖2為YG6刀具在（zài）不同切削速度下二維（wéi）表麵形貌，圖3為YG6刀具在不同切削速度下三維表麵（miàn）形貌。

圖l銑削速度對切削力和表（biǎo）麵粗糙度影響

由圖1可以看出，在保持切削深度和每齒進給量不變（biàn）的（de）前提下，隨著銑削速度的不斷增大，表麵粗糙度呈先增大後減小的趨勢，當達到（dào）900瑚／min時出（chū）現突（tū）變，這是由於切削（xuē）速（sù）度達（dá）到該主軸轉速時，其振動頻率更加接近於機（jī）床係統的固（gù）有震動頻（pín）率，從而導致共振，致使（shǐ）切削力出現突變的現象¨?。切削力（lì）的變化能從側麵反映切削加工的難易（yì）程度，因此切削表麵粗糙度也有與切削力相同的趨勢。

圖2不同銑削速度下鋁（lǚ）合（hé）金表麗形貌

圖2是YG3刀具在切削速度為900 rn／min和1 切削力的增（zēng）長速度減緩，在一定程度上改善了切削條500 zn／min時通過超景深顯微鏡測得的二維表麵形件，從而極大地提高了工件的表麵質量?。。通過圖貌（mào）圖。圖2(a)加工（gōng）表麵上有較大的隆起，究其原因2(b)可以看出（chū）工件（jiàn）加工表麵有成條狀的較小隆起，是切削過程（chéng）中機床振動引起（qǐ）了刀具振（zhèn）動，最終導致切加工表麵質量相對較（jiào）好。

削殘留高度變大。由於隨（suí）著銑削速度的逐漸提高，銑圖3是YG3刀具在切削速度為900 m／min和1削（xuē）速度超過高速銑削機床共振速度後，機床產生的受500 rn／min時，測得的（de）三維表麵形貌圖。圖3(a)為（wéi）迫振動（dòng）減小。同時（shí）刀（dāo）一屑間摩擦將增加切（qiē）削加工變切削速度移=900 H∥min時的三（sān）維表麵形貌；圖3(b)形區的切削熱，加劇材料的軟化，使切削力降（jiàng）低或使為切削速度穢=1 500 rn／min時的三維表麵（miàn）形貌圖。

通過（guò）圖3(a)可以看出在切削表麵存在著較高（gāo）的殘留高度，這與（yǔ）二維表麵形貌有著較高的一致性（xìng）；圖3(b)中三維表麵形貌相對較為平整，沒有出現較大的隆起（qǐ）或者殘留高度（dù），總體表麵質（zhì）量（liàng）較高。

圖3不同環境相同速度下的表麵形貌

2．2 YG6刀具切削加工表（biǎo）麵質量

圖4為（wéi）YG6刀（dāo）具在不（bú）同（tóng）切削速度下切（qiē）削力和（hé）表麵粗糙度曲線，圖5為YG6刀具在不同切削（xuē）速度下二維表麵形（xíng）貌，圖6為YG6刀具在不同切削速度下三維表麵形貌。

圖4銑削速度劉切削（xuē）力和（hé）表麵粗糙度影u向

圖（tú）4可以看出，在保持切削深度和每齒進給量不變（biàn）的前提下（xià），隨（suí）著銑削速度的不斷增大切削力和表麵粗糙度（dù）都呈先增大後（hòu）減小的趨（qū）勢，與（yǔ）YG3刀具切削變化規（guī）律基（jī）本一致¨2|。但是YG6刀具切（qiē）削後測得的切削力和表麵粗糙度數值明顯減小，因此可以判斷（duàn）YG6刀具比YG3刀具更適合切削7050鋁合金。圖5是YG3刀具在切削速度為900 n∥IIlin和（hé）1500 n∥min時測得（dé）的二維（wéi）表麵（miàn）形（xíng）貌圖。圖（tú）5(a)加工表麵上犁耕（gēng）現象較為明顯，究其原因是機床與刀具和工件之間形成了共振，導致加工時走刀深（shēn）淺不一的（de）現象（xiàng）¨3|。速度高於900 m／min時，隨著主軸轉（zhuǎn）速的增（zēng）加，銑削速度超過高速銑削機床共振速度後（hòu），機床產生的受迫振動減小（xiǎo）。與此同時，銑削速度的增大也增加了刀一屑間（jiān）摩擦，間接的增多了切削加工變形區的切削熱，加劇了7050鋁合金工件材料的軟化，使切削（xuē）力降低，在一定程度（dù）上改善了切削條件，從而極大地提高了工件（jiàn）的（de）表麵質量。通過圖5(b)可以看出工件加工表麵犁耕現象基本消失，加工表麵質量相對較好。

圖5不同銑（xǐ）削速度下鋁合金表麵形貌

圖6是YG3刀具在切削速度為900和1 500ⅡL／min時，測得的三維表（biǎo）麵（miàn）形貌。圖6(a)為切削速度（dù）穢=900 ln／min時（shí）的三維表麵形貌；圖6(b)為（wéi）切削速（sù）度穢=1 500 m／min時的三維表麵形貌。通過圖6(a)可以看出（chū）在切削表（biǎo）麵呈（chéng）現拱形橋結構，在中間殘留高度較大，兩邊（biān）較小，極大地影響了加工表麵（miàn）質（zhì）量；圖6(b)中三維表麵形貌相對較為平整，沒有出現較大（dà）的隆起或者殘留高度，總體表麵（miàn）質（zhì）量較高（gāo）。

圖6不同環境相同速度下的表麵形（xíng）貌

三維表麵形貌是表麵（miàn）加工質量最直觀的表現形式（shì）。圖3和圖6同屬於三維表麵形貌，比較二者可以看出YG6刀具切（qiē）削加工表麵形貌明顯優於YG3刀具的，因此可以認為YG6刀（dāo）具與7050鋁合金工件（jiàn）具有（yǒu）較好的高（gāo）速切削加工匹配性能。

3.結論

(1)YG3刀具切削7050鋁合金的切削力和表麵粗糙度（dù）的值高於YG6刀具切削7050鋁金（jīn）。

(2)YG3刀具（jù）切削加工表麵（miàn）形貌與YG6刀具切削加工的表麵形貌存在明顯（xiǎn）差別，說明YG6刀具與7050鋁合金具有更好的（de）匹配性能。

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