加工刀具是機(jī)加工業(yè)的重要組成部分,。對(duì)不同材料分解性能要求不同的加工刀具也不相同。如加工硅鋁合金專用刀具,，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料中硅含量的增加,，材料的加工性能下降，已很難適應(yīng)過(guò)去的硬質(zhì)合金刀具,。論述了PCD刀具是一種較為理想的刀具材料,，實(shí)踐中要想獲得好的切削效果，就必須選用高粒度PCD刀具,，并選用合理的刀具幾何參數(shù),。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件來(lái)說(shuō)，活塞也許算是承受最大應(yīng)力和溫度范圍的零件,。由于火焰的沖擊,，其瞬態(tài)溫度會(huì)大大升高，使發(fā)動(dòng)機(jī)承受一定范圍的動(dòng)應(yīng)力,，并且承受零度以下至400℃的溫度變化,。所以，選擇合適的材料是活塞能否成功生產(chǎn)的關(guān)鍵,。

選擇活塞的材料不僅要有足夠的物理和機(jī)械性能來(lái)完成其技術(shù)功能,，而且在制造上也要可靠、經(jīng)濟(jì),。由內(nèi)燃機(jī)活塞所處的工作環(huán)境可知,，活塞用鋁合金具有一系列要求：比重小、熱膨脹系數(shù)小,、耐磨,、機(jī)械性能好、導(dǎo)熱性能好,、加工性能好,。按照上述要求，在活塞鋁合金開發(fā)過(guò)程中,，形成了3種合金類型,，按硅含量的高低可分為：共晶合金(硅含量約12%)、過(guò)共晶合金(硅含量約18%)和高硅合金(硅含量約25%),。

國(guó)內(nèi)常見的活塞合金材料為共晶或過(guò)共晶合金，由于當(dāng)?shù)貧夂虻纫蛩兀话阋蠡钊牧蠟楦吖桎X合金,。本論文對(duì)高硅鋁合金的切削加工進(jìn)行了深入研究,。

造成切割加工性能差的原因
硅鋁材尤其是高硅鋁合金能否用于大批量生產(chǎn)的零件，在很大程度上取決于其切削加工性能,，其切削難度較大,。切割這類合金時(shí)刀具磨損非常嚴(yán)重，因?yàn)楹辖鸬幕w是粗大的,，像砂輪一樣一次沉淀的硅結(jié)晶具有較高的顯微硬度,，對(duì)刀具的磨損影響較大。另外,，高硅鋁鑄件切削加工過(guò)程中,，在刀尖容易形成積屑瘤，高頻生長(zhǎng)和剝落導(dǎo)致加工表面粗糙度增加,。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因是高硅鋁合金是一種高韌性,、高脆性復(fù)合材料，而硅顆粒上分布有塑性基體鋁,。
在切削過(guò)程中,，鋁會(huì)發(fā)生塑性變形，最終脆性斷裂,，而硅產(chǎn)生脆性變形,，從而導(dǎo)致脆性斷裂。因?yàn)殇X材有較大的塑性和較低的熔點(diǎn),，容易在刀具和工件接觸處形成積屑瘤，然后與破碎的初晶硅一起在刀具表面刻劃,，增加了刀具的磨損,。在加工高硅鋁活塞過(guò)程中，刀具受到的不僅是高頻交變沖擊,，而且工件內(nèi)高硬度硅粒子分布密度增大,，而且受熱傳導(dǎo)、化學(xué)和磨粒磨損等因素的影響,，刀具的磨損和磨損比較嚴(yán)重,，而且對(duì)活塞的壽命也比較短，嚴(yán)重影響著活塞的生產(chǎn)效率,。比如：濱州渤?；钊煞萦邢薰?以下簡(jiǎn)稱“濱州渤海活塞”)為一家俄羅斯制造RUS120系列活塞的廠家,，過(guò)去,，一條生產(chǎn)線每月只能生產(chǎn)12000條產(chǎn)品，生產(chǎn)效率較普通生產(chǎn)線低50%左右，加工效率不高,。出口的需求很難滿足,，加工效率問(wèn)題迫在眉睫。

提高工藝性措施,。
為改善高硅鋁鋁合金的切削加工性能,，應(yīng)采取以下措施：
1.進(jìn)行精煉。
實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用表明,，高硅鋁合金的精化處理不僅細(xì)化了初晶硅,，而且可以得到均勻分布。車削處理后,，鑄件表面粗糙度明顯下降,，其中Si含量為19%,Mg含量為1.0%,Mg含量為0.4%和少量錳合金砂。另外,，對(duì)初晶硅進(jìn)行細(xì)化可以顯著降低刀具磨損,。
2.添加合金元素。
添加0.5%Cu,，可有效地提高砂類及金屬鑄件表面粗糙度,。研磨實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加工含1.0%Cu,、1.0%Mg,、1.0%Ni的工件，加工表面粗糙度均低于無(wú)這一因素材料時(shí),。
3.添加易切削元素,。
硅鋁合金中添加1%的Pb或1%的Bi，刨削后,，工件表面撕破現(xiàn)象減小,，切屑容易破碎。如果添加2%Cu,，還可以進(jìn)一步得到改善,，可以減少銑削工件表面的刀痕，并使切屑卷成圓圈,。另外,，Sn元素添加到硅鋁合金中，減少了車削,、銑,、鉆削時(shí)的切削力，獲得較好的加工表面但不影響其機(jī)械性能,。
4.熱處理
通過(guò)熱處理可以提高鋁合金的切削性能,。在硅鋁受熱過(guò)程中,，由于強(qiáng)化相溶解所帶來(lái)的濃度變化，其晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化,，在硅鋁合金淬火后,，基體組織沒有發(fā)生變化，仍然保持了硅鋁合金原有的良好塑性,，而且由于脆性第二相溶于基體中的塑性反而有所提高,。同時(shí)，隨著基體合金元素濃度的增加,，使其達(dá)到固溶強(qiáng)化,。由此可以看出，強(qiáng)化熱處理硅鋁合金的切削加工性能反而有所改善,。
最好的切削工具,。
PCD是指將少量金屬粉末(如Co等)與金剛石微粉(粒度為微米級(jí))混合，在1400℃高溫高壓下燒結(jié)而成的聚晶,。目前市面上主要以PCD為原料,，是以0.5~0.7mm厚的聚晶金剛石層，在高溫高壓下與硬質(zhì)合金基體結(jié)合而成的一種超硬復(fù)合材料,。PCD具有高硬度,、高耐磨性，同時(shí)又具有良好的強(qiáng)度和韌性,，因此PCD材料作為一種應(yīng)用最為廣泛的刀具,，在汽車、航空,、航天等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料從低硅鋁合金改為高硅鋁合金，含硅量的增加使材料的加工性能降低,，使過(guò)去使用的硬質(zhì)合金刀具難以滿足要求,。PCD刀具更適用于硅鋁合金的加工，特別適用于硅含量高的鋁合金零件,。PCD刀具是加工鋁合金，尤其是高硅鋁合金最有效的刀具材料,，也是這類刀具材料應(yīng)用最廣的加工領(lǐng)域,。與其它鋁合金相比，高硅鋁合金具有更好的硬度和耐磨性,，刀具在切削過(guò)程中交替切削軟鋁和硬硅粒,，使用普通硬質(zhì)合金刀具易磨損，同時(shí)刀具易產(chǎn)生積屑瘤,，從而導(dǎo)致加工精度及表面粗糙度下降,。為防止結(jié)塊及加工硬化,，刀片必須鋒利，刀面必須光滑,，PCD刀具正好滿足上述要求,。
1.加工高硅鋁合金時(shí)，應(yīng)該使用高粒度的PCD刀具,。
對(duì)鋁合金材料進(jìn)行切削加工時(shí),，硬質(zhì)合金刀具的磨損壽命僅為PCD刀具的5%左右，而硬質(zhì)合金刀具的粗切削速度僅為120,？當(dāng)粗加工高硅鋁鋁合金時(shí),，PCD刀具的切削速度可達(dá)360m/min，甚至在粗加工的情況下,。對(duì)高硅鋁材的加工必須使用粗粒度PCD牌號(hào)刀具,，例如：濱州渤海活塞加工俄羅斯客戶高硅制品時(shí),，對(duì)于普通硬質(zhì)合金焊接刀具,，刃口磨具一次只能加工20~30個(gè)活塞，刀具磨損尤為嚴(yán)重,。柱塞加工的表面質(zhì)量也很差,，根本達(dá)不到加工要求。但改為使用粗粒度的PCD刀具,，刃磨量一次可達(dá)300余個(gè),，加工數(shù)量和加工質(zhì)量也大大提高。
2.PCD刀具在切削高硅鋁合金時(shí),，應(yīng)該使用合理的幾何參數(shù),。
為了提高PCD刀具刃口對(duì)高硅鋁合金的切削性能，在加工高硅鋁合金時(shí),，PCD刀具的后角最好略減小(特別是當(dāng)PCD刀具取代硬質(zhì)合金刀具時(shí)),。PCD刀具的前角不應(yīng)太大，因?yàn)榈毒咔敖窃酱?，切削刃?qiáng)度就越低,；PCD刀具后角越小，刀刃的強(qiáng)度越高,。要保證刀具具有正切角,，必須盡可能地提高刀刃的強(qiáng)度。

與上述有關(guān)內(nèi)容有關(guān)的是加工硅鋁合金專用刀具,，高硅鋁合金由于具有較高的高溫強(qiáng)度,、很好的熱穩(wěn)定性及較高的耐磨性，在高性能活塞中得到廣泛應(yīng)用,，要改進(jìn)其切削性能,，需要對(duì)其進(jìn)行精化,、化、熱處理,。PCD刀具是切削高硅鋁合金的理想刀具材料,，應(yīng)選用粒度較大的PCD刀具，并選用合理的刀具幾何參數(shù),，以獲得較好的加工效果,。但愿上面能對(duì)讀者有所幫助。