金刚石刀具切削铝合金时的材料选择分析

金刚石是切削有色金属的优选刀具材料。下面阐述了金刚石刀具材料的特性切削加工铝合金时PCD刀具材料粒度和复合片厚度、几何角度、切削用量的选择。

金刚石的热稳定性比较差,切削温度达到8000C时,其硬度就会大大降低。金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料,因为,金刚石与铁有很强的化学亲合力,在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构,刀具极容易损坏。金刚石刀具主要适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。采用单晶金刚石刀具,在超精密车床上可实现镜面加工。

单晶金刚石刀具是目前超精密切削加工领域中最主要的刀具,其刃口可磨得非常锋利,刃口钝圆半径可达20~30nm,加工工件表面粗糙度极小,可达Ra为0.01µm的镜面水平,且刀具寿命很高,刃磨一次可以使用几百个小时。目前,单晶金刚石刀具广泛应用于加工计算机磁盘基片、录像机磁鼓、激光反射镜、各种天文望远镜、显微镜、光学仪器。

聚晶金刚石(PCD)刀具主要用于加工耐磨有色金属及其合金和非金属材料,与硬质合金刀具相比,能在很长的切削过程中保持锋利刃口和切削效率,使用寿命远远高于硬质合金刀具。PCD刀具应用领域分布为:车削占37.6%、镗削占27.1%、面铣占20%、铰削占14.1%、钻削占1.2%。目前,PCD刀具已经广泛应用于汽车、摩托车、航空航天工业、国防工业中一些难加工的有色金属及其合金零部件的高速精密加工。据统计,在PCD刀具的使用领域中,汽车、摩托车占53%,飞机占10%,木材及塑料加工占26%,其他占11%。

PCD面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度硅铝合金零部件自动生产线上,如用于加工汽车和摩托车发动机铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等。由于这些零件材料含硅量较高(w(Si)=12%以上),并且大多数采用流水线方式大批量生产,对刀具寿命要求较高,硬质合金刀具难以胜任,而PCD刀具寿命远高于硬质合金刀具,是硬质合金刀具寿命的几十甚至几百倍,且粒度大的PCD刀具有更优良的耐磨性,可保证零件的尺寸稳定性,并可大大提高切削速度、加工效率和工件的加工质量。在加工硅含量较高的铝合金时,除PCD刀具外,其他所有的刀具都在很短的时间内产生严重的磨损而不能继续切削。