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铝材的钻孔加工难点与改进措施《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:06:32 阅读: 来源:行李绳厂家

2018-05-14 14:15:14来源:《工具展望》

钻孔加工中,工件材料是最重要的考量因素,它决定了钻头的几何形状、基体材料和涂层、冷却液、切削速度和进给速度。下面随贤集网小编一起来了解下铝材的钻孔加工难点与改进措施。

铝材以硬度较软和延展性较好而著称,但人们对铝材的钻孔加工却存在很多误区。

泰珂洛美国公司的产品经理Elliott Frazier指出:“很多人认为铝材是最容易加工的材料之一,但铝材加工也有其独特的挑战。铝材通常为质软、延展性较好的非铁金属材料,密度低、耐腐蚀性强。铝材的钻孔加工较困难是因为其质软和延展性较好,使其与钻头的前刀面或切削刃口持续长时间接触。”

Elliott Frazier还指出,尽管有很多可加工性不同的铝合金材料,钻孔中最广泛使用的铝合金牌号还是6061和7075。航空和医疗业采用了少量的特殊铝合金。

刃口、排屑槽和涂层

美国联合机器和工程公司(AMEC)的销售工程师Chad Lynch解释说,铝材的钻孔加工有切屑形成和排屑两大问题。“如果刀具形状设计不当,刀具不带涂层,没有使用冷却液,纤维状的长条切屑就会很快缠绕在工件上。”

Frazier指出,除其它挑战以外,积屑瘤也是一个问题。产生并粘接在刃口上的积屑瘤可影响新的切屑形成,并导致切屑堆积而使排屑槽堵塞。积屑瘤的产生会导致更多的切屑粘接在刀具上并产生更多的切屑堆积。

Lynch解释说:“因为铝材质软,切屑易形成长屑。解决的主要方法是通过合理的断屑槽来避免此类问题。”AMEC公司的TA产品线具有铝材加工的专用断屑槽结构。该结构具有大正前角,可在加工粘性更大的6061类材料时有效形成断屑。更大的正前角带来更大的剪切力,可迫使被切削出的材料进入刀具的断屑槽。

Sandvik Coromant的全球深孔加工产品及应用专家Jason Hout指出,软质铝材和较硬材料钻孔加工的主要区别是,铝材的截点足够低,可被刀具刃口轻易切开,而切削较硬材料时刀具会被推开。这说明采用大正前角且刃口作最小钝化处理的刀具很适合铝材的钻孔加工。

Frazier指出,“通常,排屑槽采用高螺旋角并经抛光处理和钻尖角在130°至140°的钻头可产生最好的排屑效果和切削性能。但由于铝材很软,用这种结构的钻头加工,会使孔的直径和光洁度难以保证。如果要保证孔的直径、光洁度和圆度,采用内冷直槽钻更具优势。”但是,锋利的刃口也更脆弱。由于很多铝材中含有大量像玻璃颗粒一样的硬质点元素硅,可使刀具刃口很快崩刃。Hout指出:“可采用涂层刀具或超耐磨的PCD刀具来克服由硅引起的磨损。”

当采用硬质合金刀具时,重要的是不能采用铝基涂层,因为涂层中的铝要与工件材料粘合。常见的涂层如Al2O3或AlTiN在温度和压力的作用下与铝件接触不会产生化学反应,但会相互摩擦导致积屑瘤的产生。Hout推荐采用二硼化钛或非晶金刚石薄膜涂层刀具来加工铝材。

如果没有合适的涂层刀具,经抛光处理的非涂层刀具也可应付大部分切削场合。Hout指出:“排屑槽经抛光处理后有利于切屑排出。排屑槽采用圆弧截面,可不采用矩形截面或直槽。但在一些场合,如枪钻加工却需要这种结构。”

Frazier推荐用硬度为92~93HRA的细晶硬质合金来加工低硅铝合金。但对于锻造或铸造铝合金,可采用PCD钎焊刀具或类金刚石碳(DLC)刀具。

Frazier指出:“通常不使用涂层刀具来钻削铝材,因为大多数涂层含有铝。”由于大多数涂层将铝作为基本成份,工具制造商开始采用氮化锆钛涂层用于铝材加工。“但传统的加工经验仍是采用锋利的、经抛光处理的非涂层硬质合金钻头来加工铝材。”

工具制造商R.I.Carbide可提供具有高润滑性能的ZETA ZrN涂层作为TiN涂层替代选择。R.I.Carbide公司的总裁John Lombardi指出:“有一客户需要在铝板上钻3000个孔。若加工孔时钻头断裂,则整个零件报废。客户来找我们解决问题。公司用直径为0.5"、总长为3"的胚料为客户制作了钻尖直径为0.156″的钻头,采用ZETA涂层。”采用此高润滑的、带内冷的钻头来高速钻削,客户一次性完成了零件加工。

冷却液

正确的排屑涉及冷却液的正确使用。铝材钻削也不例外。虽然总是可以采用啄钻方式,但零件制造商还是尽量避免采用。带抛光排屑槽和内冷的钻头才是客户的首要选择。

AMEC公司Lynch指出:“特别对于深孔加工,问题的关键总是用冷却液排屑。这对铝材加工也不例外。不推荐使用啄钻。如果不得不使用啄钻,可能是因为没有形成良好的切屑。已经发现,切削液的浓度比切削液的种类重要。一般来说,浓度越高,排屑效果越好。”

泰珂洛公司的Frazier推荐使用内冷方式,并指出:“高金属去除率需要快速施加大量的冷却液来将切屑从切削区域排出。铝材加工的金属去除率通常都非常高。冷却液的流量越大、压力越高,排屑效果就越好。”可能会断续施加冷却液,但微量润滑的半干式切削方式不适合用于钻孔加工,特别是深孔加工。

山特维克可乐满的Hout注意到至少一个铝材深孔加工的特点,指出:“当采用枪钻加工铝材时,引导孔内的压力可正面或负面影响孔的光洁度,这取决于冷却液的润滑性能。”洁净的切削油可产生良好的光洁度,而合成的水基冷却液可使铝屑粘在引导孔内,使孔的表面划伤,光洁度下降。

采用高切削速度和足够的进给速度,施加中低粘度的高润滑冷却液,是保证精加工表面光洁度的最佳方法。

提高加工效率

加工铝合金的切削速度最高可达多少?

Hout指出:“铝材的加工速度极限大约为60,000 sfm,这是一个非常高的速度。曾见过用刀片以24,000 sfm的速度加工铝材,零件和刀片都很安全。只要有安全的切削环境,就不必害怕提高铝材的切削速度。对铝材加工而言,更高的切削速度会带来更好的刀具寿命和表面光洁度。”

根据泰珂洛的Frazier所言,由于很多人认为铝材价格便宜和容易加工,因此很容易掉进一种思维陷阱,那就是认为任何加工设备都可以用于铝材加工。但是,最易切削材料的加工可能最终会导致最低的加工利润。

Frazier指出:“为了保持此类材料的加工竞争优势,重要的是要采用最大的切削速度和最高的加工效率,以及应用最新的工具和先进的理念。”

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