铝合金整体结构件高速铣削刀具材料的选择

　　飞机机体的 60%～70%为加入Si、Cu、Mn等合金元素的7075、7050、2024、6061类热处理预拉伸变形铝合金材料，物理和机械性能如表1所示。

　　表1 航空铝合金材料的物理与机械性能

　　铝合金牌号及状态 热膨胀系数(20～100)℃ 熔点范围(℃) 电导率(20℃) 电阻率(20℃) 拉伸强度(25℃MPa) 屈服强度(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

　　其硬度与熔点低，具有极好的易切性，但切削时容易粘刀、产生积屑瘤，降低了加工表面质量。同时随着铝合金硅含量的增加，加工难度也增大。钛合金具有比强度和热强度高、耐腐蚀性能好和低温性能好等优点，被广泛应用在飞机上的许多构件上，如发动机构件、骨架、紧固件、起落架、壁板等。钛合金属于难加工材料，其导热性差、化学活性大、弹性模量小，在高速加工中有切削温度很高、单位面积上切削力大、加工冷硬现象严重、刀具易磨损等缺点。

　　基于航空铝、钛合金等材料的性能特点，选择与之合理匹配的刀具材料和几何参数是决定切削性能优劣的关键。

　　高速切削加工的刀具材料除了满足高硬度、耐磨性、强度、韧性、抗氧化性及抗粘结性、工艺性和经济性的要求外，还应具备高的耐热性、抗热冲击性，良好的高温力学性能和高可靠性。不同的刀具材料，适用加工的工件材料不同：

　　1、PCD刀具耐磨性、导热性、刀刃锋利性好，硬度高，是高速加工铝合金最广泛采用的刀具材料。铝合金中含硅量不同，PCD刀片的粒度也不同。加工硅含量<12%的铝合金，选择PCD刀片的粒径为8～9;而加工硅含量>12%的高硅铝合金，PCD粒径为10～25时加工效果最好。

　　2、涂层硬质合金和超细晶粒硬质合金刀具加工铝合金也可达到很好的效果。对于整体结构件中常见铝合金复杂型面的高速切削加工，多采用整体超细晶粒硬质合金加工。

　　3、一般不用氧化铝基陶瓷刀具加工铝合金，因为铝与氧化铝基陶瓷的化学亲和力易产生粘结现象。

　　4、选择加工钛合金刀具的材料时，应从降低切削温度和减少粘结磨损两方面考虑，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金化学亲和力差的材料。

　　5、普通涂层刀具加工钛合金磨损较为严重，天然金刚石刀具的加工效果很好，但受成本制约，无法得到广泛应用。

　　6、与普通硬质合金刀具相比，TiN涂层硬质合金刀具、PCD刀具高速切削加工钛及钛合金的效果较好。通常切削钛及其合金选用的刀具材料以不含或少含TiC的硬质合金刀具为主。

　　大量试验证明，YT(P)类硬质合金加工时磨损严重。目前主要采用YG类硬质合金刀具(YG8、YG3、YG6X等)和PCD切削钛及合金，在乳化液冷却的条件下，切削速度可达 200m/min。对于加工钛合金用的多刃、复杂刀具，可选用高速钢类材料，如生产中常用的高钒高速钢W12Cr4V4Mo，铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al等。