城市軌道車輛用的鋁合金怎么切割

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鋁合金因質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，已成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于、鐵道車輛、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面。由于鋁合金強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低、塑性較小，對(duì)磨損小，且熱導(dǎo)率較高、切削溫度較低，適合高速切削加工，但是鋁合金熔點(diǎn)較低，溫度升高后塑性增大，在高溫高壓作用下，切削界面摩擦力很大，切屑易熔結(jié)在切削刃上而粘刀，不易獲得較高的尺寸精度和低的表面粗糙度值。下面以典型的城軌車輛鋁合金大部件為載體，通過機(jī)床選型要求、刀具要求和加工工藝分析，提出了為實(shí)現(xiàn)高速加工而采取的一系列措施。

2.切削加工工藝

 

（1）高速加工機(jī)床。高速加工要求高速機(jī)床具備高性能的主軸單元和冷卻系統(tǒng)、高剛性的機(jī)床結(jié)構(gòu)、安全裝置和監(jiān)控系統(tǒng)以及優(yōu)良的靜動(dòng)力特性等，具有技術(shù)含量高、機(jī)床制造難度大等特點(diǎn)。在這個(gè)產(chǎn)品的加工中，選用的機(jī)床是德國(guó)生產(chǎn)的大型龍門五軸加工中心Fooke。這種機(jī)床具備了高速加工中對(duì)機(jī)床的所有要求，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)15 000r/min，進(jìn)給速度達(dá)到40m/min，機(jī)床動(dòng)態(tài)響應(yīng)很好。最關(guān)鍵的是機(jī)床具備主軸油霧內(nèi)切削液系統(tǒng)，切削液選用了美國(guó)ITW集團(tuán)ACCU-LUBE（阿庫(kù)路巴）的LB-6000微量油氣潤(rùn)滑，微量的潤(rùn)滑油在刀具工作點(diǎn)形成薄薄的油膜，油膜具有很高的表面黏附強(qiáng)度，潤(rùn)滑油的高潤(rùn)滑性使刀片在工作過程中減少摩擦，降低切削應(yīng)力，同時(shí)高壓冷卻技術(shù)可將切削液精準(zhǔn)地導(dǎo)向?qū)嶋H切削區(qū)，更容易地控制加工區(qū)域的溫度，高壓油霧冷卻能有效降低切削中的刀具溫度，使得排屑更為順暢，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)彰顯。

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（2）高速加工刀具選擇。刀具材料選擇。高速加工中的刀具在高溫下進(jìn)行切削工作，同時(shí)還要承受切削力、沖擊和振動(dòng)，因此刀具材料要求具有足夠的強(qiáng)度和韌性、高硬度、高耐磨性和紅硬性等。同時(shí)為了便于刀具的制造和成本控制，刀具材料還需要具備良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。常用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、金剛石及立方氮化硼等。在圖1所示的零件加工中，選用的刀具材料為硬質(zhì)合金材料，由于鋁合金屬于比較容易切削的材料之一，但是在高速加工中容易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象。為了避免這一問題，在這個(gè)零件的加工中采用的是非涂層刀具，因?yàn)榉峭繉拥毒呖梢员韧繉拥毒咦龅酶�加鋒利，切削鋁合金時(shí)的切削力更小，切削過程更順暢，因此可以有效地減少粘刀的問題產(chǎn)生。

 

刀柄的選擇。高速加工中的刀柄選擇適應(yīng)機(jī)床高速、高效的特點(diǎn)，因此刀具在高速下進(jìn)行切削加工，應(yīng)具備較高的系統(tǒng)精度、較高的系統(tǒng)剛度及較好的動(dòng)平衡性。刀具高速切削加工條件下，微小質(zhì)量的不平衡都會(huì)造成巨大的離心力，在加工過程中引起機(jī)床和刀具的急劇振動(dòng)，會(huì)造成機(jī)床和刀具的破壞，因此，高速刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡顯得尤為重要。為了提高刀具與刀柄的聯(lián)接精度，采用熱裝式的刀具夾緊系統(tǒng)逐漸取代了彈簧夾緊、側(cè)固等系統(tǒng)，如圖2所示的刀柄系統(tǒng)。

 

此刀柄具備了以下優(yōu)點(diǎn)：

 

①很高的同心度。

 

②所傳遞的力矩為液壓夾頭或彈簧夾頭的2～4倍。

 

③刀桿的動(dòng)平衡性非常好。熱脹系統(tǒng)通常都是利用熱感應(yīng)線圈使刀柄的夾持部分在短時(shí)間內(nèi)加熱，使刀柄內(nèi)徑隨之?dāng)U張，此時(shí)立即把刀具裝入刀柄內(nèi)，而刀柄冷卻收縮時(shí)，即可賦予刀具夾持面均勻的壓力，從而產(chǎn)生很高的徑向夾緊力，將刀具牢牢夾持住。因此，熱脹系統(tǒng)是一種刀具與刀柄間不介入任何物質(zhì)的熱裝刀具夾緊方法，它可解決高速加工中極為重要的平衡、振擺精度及夾持強(qiáng)度等問題。

 

（3）高速刀路優(yōu)化。為了能夠確保最大的切削效率，又保證在高速切削時(shí)加工的安全性，使用了UGNX7.5軟件進(jìn)行零件編程，生成刀具軌跡時(shí)考慮了以下幾個(gè)方面：

 

采用較小的切削深度和切削寬度，同時(shí)采用很高的切削速度和進(jìn)給速度，可以有效降低切削過程中的切削抗力。

 

應(yīng)避免刀具軌跡中走刀方向的突然變化，以免因局部過切而造成刀具或機(jī)床的損壞；應(yīng)保持刀具軌跡的平穩(wěn)，避免突然加速或減速。

 

殘料加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般應(yīng)采用多次加工或采用大刀具開粗去大部份余料，然后采用小刀具進(jìn)行清角和精加工，還應(yīng)減少切削步距以降低切削抗力。

 

刀路編輯優(yōu)化非常重要，避免多余空刀，可通過對(duì)刀路鏡像、復(fù)制及旋轉(zhuǎn)等操作，避免重復(fù)計(jì)算；刀路裁剪功能也很重要，可通過精確裁剪減少空刀，提高效率，也可用于零件局部變化時(shí)的編程，此時(shí)只需修改變化的部分，無(wú)須對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行編程。

 

下刀或行間過渡部分應(yīng)采用斜式下刀或圓弧下刀，避免垂直下刀直接扎入工件材料；行切的端點(diǎn)采用圓弧連接，避免直線連接；同時(shí)精加工時(shí)的起刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在邊線端點(diǎn)而不是中點(diǎn)。

 

3.結(jié)語(yǔ)

 

通過分析城軌車輛車體鋁合金大部件高速加工中容易出現(xiàn)的問題，提出解決措施，選擇合適的機(jī)床、刀具系統(tǒng)，同時(shí)采用了合適的切削參數(shù)，優(yōu)化高速加工的工藝路線，最終高效地完成了該零件的加工。

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