基于PowerMILL硬鋁青銅合金數控銑削加工技術的研究

陳曉生，馮亞坤

（珠海格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

人類對于鋁青銅的研究始于20世紀初，由于其優(yōu)秀的耐海水腐蝕性能，已廣泛應用于海洋工業(yè)軍事領域。但是，因鋁青銅合金與傳統模具用鋼（例如45鋼、Cr鋼）在力學性能上的巨大差異，在模具制造行業(yè)尚屬于新興材料。硬鋁青銅合金作為機械加工領域中廣泛應用的重要結構材料，其含Al質量分數為5%～10%，一般分為簡單鋁青銅（即二元Cu-Al）和復雜鋁青銅（即以銅鋁為基，添加Fe、Ni、Mn、Zn等元素的多元銅合金），由于簡單鋁青銅硬度、屈強比、耐磨性等性能的不足，導致其應用受到限制。目前研究及使用的均為復雜鋁青銅材料，這種合金因具有良好的綜合力學性能及耐磨耐蝕性而得到廣泛應用[1]。

正是因為鋁青銅的高強度、高硬度、高耐磨性使得其脆性明顯高于其它模具用鋼，材料延展性也非常不好，若按普通碳鋼材質加工參數及編程工藝策略用于該新型材料的加工，在加工過程中很容易產生邊角崩裂、塌陷等異常加工現象[2]。下面將提供一種基于PowerMILL鋁青銅合金的銑加工編程方法。

2 硬鋁鋁青銅合金的加工刀具選用

硬鋁青銅合金高硬度、材料延展性差，除了數控加工中心機床要有足夠的機床剛性和理想的散熱系統以外，還要匹配合適的加工刀具。過高硬度的合金刀具往往都會做鈍化處理，此類刀具實際加工鋁青銅合金時，刀具加工壽并不理想，除了零件棱邊容易豁口外，刀具刃口也會在加工短時間內出現豁口現象，顯然并不太適合鋁青銅合金的加工。通過對材料的試切，發(fā)現使用K10或K20硬質合金做的合金銑刀較為適合加工鋁青銅合金，且加工時還要使用液態(tài)冷卻輔助散熱。

3 硬鋁鋁青銅合金的銑削加工工藝

（1）裝夾方式的確定。

與45鋼、Cr鋼不同的是，硬鋁青銅合金無導磁性，所以在加工時不能用吸磁盤或導磁塊的方式固定工件，對于滿足虎鉗夾持的零件，一般采用夾虎鉗的方式固定，如果工件大小超過虎鉗的行程，則選用鎖底板的方式。鎖底板類零件加工，顧名思義，第一步便需要加工鎖底板工藝螺紋孔，可自主判斷工件特點，利用工件原吊裝孔、線割特征、槽類特征等區(qū)域設計工藝孔，如無合適區(qū)域，則聯系設計員增加鎖模工藝螺紋孔，螺紋孔的規(guī)格優(yōu)先選為M12mm或M16mm，建議在編程之前導入標準底板以確定工藝孔的具體位置，防止工藝孔位置太隨意導致不能和標準底板相對應的異常發(fā)生。需要注意的是，加工工件如有卸料特征，最終卸掉的呆料區(qū)域也要加工工藝孔固定在底板上，防止加工過程中呆料移動造成刀具或工件的損壞如圖1所示。

圖1 鎖底板示意圖

（2）過數方式的選定及外形銑削加工刀路的編制。

與45鋼或Cr鋼不同的是，一般設計員在采購鋁青銅合金時都是訂制毛料（訂精料加工費用貴，性價比低），此時供應商供料會在訂料尺寸長寬高方向留有3～4mm的余量，所以，在這種來料工況下，加工時，單碰基準邊的過數方式不適用于鋁青銅合金的加工。

通常，加工第一面時，XY方向以模板的最大外形分中過數，Z方向以工件頂面取數，而鋁青銅坯料屬毛料，頂面與底面并非為水平面，因此編程員需在加工單上指示Z方向以實際來料頂面的最低點取數，編程時單獨產生一條飛面程序，讓加工坯料的頂面見光后才能繼續(xù)進行后續(xù)加工，如圖2所示。

圖2 PowerMILL下光面刀路示意圖

然后去除外形全周多余的材料，即粗銑工件外形全周。銑加工硬鋁青銅材料零件外形時必須要使刀具旋轉方向與切削前進方向保持一致，使銑削接觸面呈擠壓式銑削，這樣可以有效確保硬鋁青銅材質工件外形直（銳）角邊不會出崩口、塌角等異?，F象，如圖3所示。工件外形粗銑加工后，還要有精加工刀路，以保證外形的垂直度和精度以供第二面加工時過數和校平用。

圖3 外形銑削刀軌示意圖

加工第二個面時，為保障加工后工件的精度要求，定義編程程序的加工坐標時，XY方向需以第一面加工過的外形分中過數，Z方向則以工件底面再降0.3mm為0（作為預留的研磨余量），以面銑削的方式去除多余的厚度方向的來料余量，為防止邊角崩方，如圖4所示，需要先沿工件外形輪廓順時方向銑削一個輪廓刀路，如圖5所示，再進行大面積厚度余量去除。

圖4 未進行輪廓預銑造成的邊角塌方

圖5 輪廓刀路加工示意圖

（3）鉆孔刀路及注意事項。

硬鋁青銅合金由于材料無具延展特性，在鉆孔加工時不會像普通模具鋼材那樣產生流動的帶狀屑，應此要注意保持良好的排屑狀態(tài)。選用加工鉆頭時，應盡量使用鑲硬質合金鉆或整體硬質合金鉆，鉆孔加工時，孔特征的底部不可以處于懸空狀態(tài)，否則加工件通孔的出口處會出現材料破損塌口等加工異常，如圖6所示。應當在加工工件下方平置鋼板或鋁板作為支撐，又或者對同直徑通孔采用兩面對鉆方式加工，對于深孔加工，應要采用鉆深鉆策略，利用一鉆一抬的退刀方式排屑，加工時應使用水溶性冷卻液，這樣才可以有效保證孔口部的完整無損，如圖7所示。

圖6 底部懸空鉆孔加工實況

圖7 同直徑對鉆和底部有支撐鉆孔效果

鉆孔注意事項:

a.禁止懸空鉆通孔，采用底板平置或分兩面對鉆接通的方式加工，防止加工孔口部材料破損塌裂現象。

b.螺紋底孔的加工尺寸應稍大于國標孔徑，具體如表1所示。

表1 螺紋底孔加工尺寸 mm

4 結論

隨著機械制造行業(yè)地蓬勃發(fā)展，新型材料的不斷引進將會變得司空見慣，根據這種新型材料的物理化學特性，快速制定高效適用的加工工藝在未來制造行業(yè)的人才競爭中將會顯得至關重要，只有不斷提升技能水平，拓寬知識層面，開闊學術眼界，才能跟隨著制造行業(yè)的高速發(fā)展而前進。