鋁合金整體結(jié)構(gòu)件高速銑削刀具材料的選擇

　　飛機機體的 60%～70%為加入Si、Cu、Mn等合金元素的7075、7050、2024、6061類熱處理預拉伸變形鋁合金材料，物理和機械性能如表1所示。

　　表1 航空鋁合金材料的物理與機械性能

　　鋁合金牌號及狀態(tài) 熱膨脹系數(shù)(20～100)℃ 熔點范圍(℃) 電導率(20℃) 電阻率(20℃) 拉伸強度(25℃MPa) 屈服強度(25℃MPa)

　　7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 510 455

　　7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 572 503

　　2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 470 325

　　6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 310 276

　　其硬度與熔點低，具有極好的易切性，但切削時容易粘刀、產(chǎn)生積屑瘤，降低了加工表面質(zhì)量。同時隨著鋁合金硅含量的增加，加工難度也增大。鈦合金具有比強度和熱強度高、耐腐蝕性能好和低溫性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在飛機上的許多構(gòu)件上，如發(fā)動機構(gòu)件、骨架、緊固件、起落架、壁板等。鈦合金屬于難加工材料，其導熱性差、化學活性大、彈性模量小，在高速加工中有切削溫度很高、單位面積上切削力大、加工冷硬現(xiàn)象嚴重、刀具易磨損等缺點。

　　基于航空鋁、鈦合金等材料的性能特點，選擇與之合理匹配的刀具材料和幾何參數(shù)是決定切削性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。

　　高速切削加工的刀具材料除了滿足高硬度、耐磨性、強度、韌性、抗氧化性及抗粘結(jié)性、工藝性和經(jīng)濟性的要求外，還應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性，良好的高溫力學性能和高可靠性。不同的刀具材料，適用加工的工件材料不同：

　　1、PCD刀具耐磨性、導熱性、刀刃鋒利性好，硬度高，是高速加工鋁合金最廣泛采用的刀具材料。鋁合金中含硅量不同，PCD刀片的粒度也不同。加工硅含量<12%的鋁合金，選擇PCD刀片的粒徑為8～9;而加工硅含量>12%的高硅鋁合金，PCD粒徑為10～25時加工效果最好。

　　2、涂層硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì)合金刀具加工鋁合金也可達到很好的效果。對于整體結(jié)構(gòu)件中常見鋁合金復雜型面的高速切削加工，多采用整體超細晶粒硬質(zhì)合金加工。

　　3、一般不用氧化鋁基陶瓷刀具加工鋁合金，因為鋁與氧化鋁基陶瓷的化學親和力易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。

　　4、選擇加工鈦合金刀具的材料時，應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)磨損兩方面考慮，選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金化學親和力差的材料。

　　5、普通涂層刀具加工鈦合金磨損較為嚴重，天然金剛石刀具的加工效果很好，但受成本制約，無法得到廣泛應(yīng)用。

　　6、與普通硬質(zhì)合金刀具相比，TiN涂層硬質(zhì)合金刀具、PCD刀具高速切削加工鈦及鈦合金的效果較好。通常切削鈦及其合金選用的刀具材料以不含或少含TiC的硬質(zhì)合金刀具為主。

　　大量試驗證明，YT(P)類硬質(zhì)合金加工時磨損嚴重。目前主要采用YG類硬質(zhì)合金刀具(YG8、YG3、YG6X等)和PCD切削鈦及合金，在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達 200m/min。對于加工鈦合金用的多刃、復雜刀具，可選用高速鋼類材料，如生產(chǎn)中常用的高釩高速鋼W12Cr4V4Mo，鋁高速鋼 W6Mo5Cr4V2Al等。