1 SAE327的材料特點(diǎn)和切削難點(diǎn)

　　SAE327為鑄造硅鋁合金，是制冷壓縮機(jī)連桿的主要材料。主要元素含量Si7～8.6%茎贩。Cu1～2%，Mg0.25%～0.6%逃铝，Mn0.5%～0.8%锅锨。抗拉強(qiáng)度>230MPa恋沃，硬度110～130HB必搞，延伸率>1%。其晶格由高塑性的Al和高脆性的初晶Si組成囊咏。切削加工時(shí)恕洲，Al的塑性大，熔點(diǎn)低梅割，易在工件表面與刀尖接觸處產(chǎn)生積屑瘤霜第，隨后與破碎的初晶Si一起使工件部分表皮剝落，形成刀痕户辞，使工件表面粗糙度變差泌类。同時(shí)由于高硬度的Si含量較高，刀具也容易磨損底燎。目前對(duì)壓縮機(jī)效率值COP的要求不斷提高末誓，為減少往復(fù)式活塞壓縮機(jī)內(nèi)摩擦并降低輸入功率值，連桿孔與曲軸間需要保證極小的摩擦系數(shù)和很高的表面接觸率书蚪，要求圓度≤2μm，表面粗糙度≤Ra0.4食迈，尺寸精度≤2μm维似，使用傳統(tǒng)切削辦法很難達(dá)到如此高的要求，因而在壓縮機(jī)零件中一直是較為難加工的鋁合金材料嘿惜。

　　2 PCD的基本特點(diǎn)及高速干切削技術(shù)

　　隨著聚晶金剛石(PCD)刀具技術(shù)和高速切削技術(shù)的發(fā)展顺诽，針對(duì)SAE327的切削性能，我們使用PCD刀具對(duì)連桿孔進(jìn)行高速干式鏜削坯公，較好地解決了問題韵披。PCD材質(zhì)穩(wěn)定失臂，使用性能可以預(yù)測(cè)，故比天然金剛石更合適于作為切削刀具镇锣。PCD具有目前最高的硬度和耐磨性权洼，具有非常鋒利的刀刃，有很好的導(dǎo)熱性一宁，線膨脹系數(shù)很小献蛔，摩擦系數(shù)也小。但其主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度低距痪，脆性大允瞧，抗沖擊能力差。因此一般不用于斷續(xù)切削和重負(fù)荷切削蛮拔。采用PCD刀具加工鋁合金時(shí)述暂，由于金剛石硬度高，表面與金屬親和力小建炫，且刀具一般拋光成鏡面畦韭，不易產(chǎn)生積屑瘤，加工尺寸穩(wěn)定性以及表面質(zhì)量都很好踱卵。在Ra0.02～0.32μm的條件下廊驼，可獲得5～7級(jí)精度。

　　鋁合金傳熱系數(shù)高惋砂，線膨脹系數(shù)大妒挎，在加工過程中會(huì)大量吸收切削熱，使工件發(fā)生熱變形西饵，而且鋁合金硬度和熔點(diǎn)都較低酝掩，因此加工過程中切屑容易與刀具發(fā)生“膠焊”或粘連，形成積屑瘤眷柔，這都是傳統(tǒng)鋁合金干切削中遇到的最大難題棋叁。解決的最好辦法是采用高速干切。高速切削中允纬，95%的熱量都傳給了切屑铜部，切屑在與前刀面接觸的界面上會(huì)被局部熔化，形成一層極薄的液態(tài)膜氯也，因而切屑很容易在瞬間被切離工件猾晨，大大減少切削力和產(chǎn)生積屑瘤，而且工件基本可以保持常溫饮估。既可以提高生產(chǎn)率肃径，又改善了表面質(zhì)量。

　　3 PCD鏜刀加工SAE327的切削性能

　　我們使用PCD刀具對(duì)SAE327進(jìn)行高速干鏜孔，經(jīng)過反復(fù)切削試驗(yàn)對(duì)其工藝進(jìn)行摸索和總結(jié)精者。加工連桿孔的情況基本如下：同一只鏜刀中又信，硬質(zhì)合金刀頭用于粗加工，PCD刀片精加工杰笛，單邊余量為0.05mm抛冗。連桿組件大孔中間兩邊有0.5mm的縫隙，孔表面中間有f5mm油孔础芍，由于加工表面非連續(xù)杈抢，應(yīng)屬于斷續(xù)切削。無切削液的干切仑性，有壓縮空氣噴射清除切屑惶楼。

　　1)切削速度的影響

　　切削試驗(yàn)表明，PCD切削速度與SAE327孔表面粗糙度關(guān)系很大诊杆。在實(shí)際生產(chǎn)中歼捐，為保證較低的表面粗糙度，可以采用較高的切削速度晨汹。但切削速度達(dá)到一定程度之后豹储，由于高速條件下系統(tǒng)剛性和平衡性問題，表面粗糙度不但無法再繼續(xù)下降淘这，反而略有升高剥扣，而且機(jī)床功率要增加很多。所以一般情況下經(jīng)濟(jì)切削速度維持在140～180m/min之間即可铝穷，追求過高的切削速度是沒有必要的钠怯。

　　2)進(jìn)給速度的影響

　　試驗(yàn)表明，PCD進(jìn)給速度與SAE327孔表面粗糙度之間有一定的關(guān)系讳蜂。為綜合保證較低的表面粗糙度和較高的生產(chǎn)率福信，選擇合適的進(jìn)給速度是重要的，應(yīng)避開粗糙度為最高點(diǎn)時(shí)的進(jìn)給速度两猛。合適的進(jìn)給速度也與PCD的刀具角度和刀尖型式有關(guān)蹲楷。

　　3)刀具幾何型式的影響

　　針對(duì)PCD的脆性缺點(diǎn)，而且我們加工剖分式連桿椭肝，孔中間有一定的縫隙茬蒿，因此刀刃的幾何參數(shù)應(yīng)該盡量考慮減小崩刃的可能。一般刀尖頂刃形式分為小圓弧玩困、大圓弧灌次、直線形、多邊形折線连嘹。切削實(shí)際表明：頂刃小圓弧的擠光作用對(duì)表面粗糙度的下降是有益的。雖然此時(shí)PCD刀尖不鋒利虚育，但切削效果卻比鋒利時(shí)還要好些疲狼。此時(shí)粗糙度由原來的Ra0.3～0.33μm降低到Ra0.15～0.18μm吁沉，這對(duì)提高連桿與曲軸之間的表面接觸率，減少摩擦是有利的寸士。精切SAE327時(shí)檐什，可選擇PCD鏜刀的前角g00°，后角a010°～15°弱卡，主偏角kr=50°～70°乃正，刃傾角ls=0°。安裝時(shí)鏜刀頭安裝孔對(duì)鏜刀桿中心可以有偏心以保證實(shí)際切削的前角更大些婶博。

　　4)刀具與機(jī)床系統(tǒng)

　　PCD高速切削系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)瓮具，除了PCD刀具自身外，仍需要注意切削系統(tǒng)的其它部分凡人。機(jī)床主軸與刀具的接口是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)名党，它直接影響加工精度的穩(wěn)定性。我們將連桿鏜床鏜刀柄與機(jī)床主軸的接口采用HSK32C挠轴。其主要優(yōu)點(diǎn)是：采用錐面與端面過定位的結(jié)合形式传睹，能有效地提高結(jié)合剛度；具有良好的高速性能岸晦；1:10錐度與7:24錐度相比較短欧啤，楔形效果好，故有較強(qiáng)的抗扭能力螃浑，且能抑制因振動(dòng)產(chǎn)生的微量位移倍挚，這一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)剛性非常重要。

　　生產(chǎn)事實(shí)證明铝琐，使用HSK刀柄具有較高的重復(fù)安裝精度家漂，對(duì)于提高離機(jī)對(duì)刀與上機(jī)后的一致性和增加刀具與主軸的配合剛性，其作用是關(guān)鍵的瑟毡。同時(shí)為提高刀具系統(tǒng)的剛性斯癞，在滿足容屑和排屑的情況下，盡量使刀桿直徑與被加工孔直徑接近伸果。

　　我們對(duì)連桿精鏜床進(jìn)行了主軸的改進(jìn)板薛，配置徑向和軸向液體靜壓軸承，剛度高刊搁，承載能力強(qiáng)石葫，阻尼特性好，切削試驗(yàn)表明：配置靜壓軸承效果是很好的钻局，提高靜壓壓力對(duì)加工出較高的表面質(zhì)量是有利的汰寓。最終確定使用高壓齒輪泵供油，壓力高達(dá)4.5MPa，主軸近端徑向跳動(dòng)<0.5μm有滑，加工出連桿孔圓度<1.5μm跃闹。加工孔表面高圓度的主要原因是靜壓軸承高剛度油膜對(duì)軸徑圓度誤差的均化作用。滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)精度很難超過其滾道自身的圓度毛好，且受滾動(dòng)軸承制造和裝配精度的限制望艺，目前即使使用配置精密主軸滾動(dòng)軸承的鏜床大批量穩(wěn)定地加工出表面圓度小于3～4μm仍是比較困難的。

　　4工藝系統(tǒng)中需要注意的其它問題

　　防止高速切削振動(dòng)：對(duì)高速回轉(zhuǎn)的鏜刀進(jìn)行動(dòng)平衡肌访。減少高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于刀具不平衡量造成的離心力振動(dòng)找默，對(duì)提高工件表面質(zhì)量是必要的，切削實(shí)際表明：經(jīng)過動(dòng)平衡的PCD鏜刀系統(tǒng)與不經(jīng)平衡的刀具系統(tǒng)相比吼驶，表面粗糙度下降Ra9,1~0,5mm惩激，并有效減少了表面波紋度。

　　在實(shí)際加工中旨剥，連桿孔表面有時(shí)出現(xiàn)波紋咧欣。表面波紋度是介于形狀誤差和粗糙度之間的一種中間狀態(tài)，目前還無標(biāo)準(zhǔn)明確判定轨帜。產(chǎn)生的主要原因是加工系統(tǒng)的微振動(dòng)近沐。在高速切削中，由于系統(tǒng)剛性不足造成的往往是表面波紋梯匈。除刀具本身結(jié)構(gòu)剛度和平衡性影響之外象瓤，其中結(jié)合面之間的接觸剛度是主要原因。除了主軸HSK接口外士涤，試驗(yàn)表明：使用組合可調(diào)節(jié)式鏜刀比較容易出現(xiàn)波紋叨林，而使用整體式鏜刀出現(xiàn)的此類情況較少。如要避免表面波紋剩耸，應(yīng)盡量避免采用模塊組合式鏜刀料鲫。一般組合鏜刀雖然微調(diào)節(jié)方便，但由于制造精度限制及不能預(yù)緊士宏，在高速加工時(shí)會(huì)發(fā)生由于結(jié)合面之間接觸剛度不足造成的顫振肝慕，影響表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響尺寸精度掐悄，對(duì)大批量生產(chǎn)非常不利孟景。整體式刀具在這點(diǎn)上就有其優(yōu)勢(shì)，一旦調(diào)整好基本可以長時(shí)間地放心使用帅刀。

　　對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的刀具让腹，消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的因素是非常重要的。在實(shí)際生產(chǎn)中比較簡單有效的方法是適當(dāng)減小后角a0扣溺，在后刀面上磨出消振棱增加切削阻尼骇窍，鏜孔時(shí)使刀尖低于工件軸線獲得小后角瓜晤。頂刃磨出小圓弧也提高了切削系統(tǒng)的阻尼特性。

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