文丨棟棟不愛動
編輯丨棟棟不愛動
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前言
鋁合金與其他金屬相比，由于其密度低、強度高、耐腐蝕性好，越來越多地用作汽車和航空航天工業的結構部件。為了制造群組裝元件，經常進行鑽孔作業。Al7075具有延展性和柔軟性，導緻鑽孔困難，導緻材料附着力高，刀具磨損高，刀具壽命短和孔品質差。
由于孔品質差，零件廢品率很高，這會增加制造時間和成本。本章從切削參數和鑽削條件的角度讨論鑽Al7075的挑戰和技術，以延長刀具壽命并實作良好的孔品質。在Al7075-T6上使用硬質合金切削刀具在不同的切削參數下進行鑽孔實驗。
降低切削速度和提高進給率可減少刀具磨損，而在鑽孔Al7075-T6中，當切削速度和進給速度均降低時，表面粗糙度降低，進而改善加工表面光潔度。在鑽孔過程中，生産良好的孔品質對于確定良好的裝配和産品服務性能至關重要。
鋁合金
鋁合金由于其高強度重量比和良好的耐腐蝕性，在各種工業應用中是理想的。鋁的密度低至2.7克/厘米3與7.87克/厘米相比3用于鋼材。它通常比鋼輕，它在比強度和韌性方面的性能幾乎與某些鋼相似。鋁合金成本效益相對較高，具有良好的經濟價值。
一些高度依賴鋁合金的行業是航空航天、汽車、造船和鐵路公司。在工業中，機械加工操作，特别是鑽孔，被廣泛進行以制造零件。部件的鑽孔通常在制造過程結束時進行，以使用合适的緊固件為最終産品的組裝生産孔。
在鑽井作業過程中可能會引入一些缺陷，如裂紋、毛刺和表面變形，這可能導緻産品性能不佳和産品故障。鑽孔的尺寸必須在公差範圍内并且缺陷最小或沒有缺陷非常重要，這樣元件才能作為功能性産品牢固地組裝。
鑽孔效率在很大程度上取決于材料、刀具幾何形狀、切削參數和工藝條件。在幹燥條件下鑽鋁合金具有挑戰性，因為它通常會導緻鑽孔品質差，包括毛刺的形成、表面粗糙度高和工件材料的附着力。
鑽孔操作後，産品将需要額外的精加工工藝，鉸孔和去毛刺，以達到所需的孔品質。為了克服這些問題，可以在切削液存在的情況下進行鑽孔，以減少熱量産生，進而減少熱軟化和材料粘附。
重要的是要注意，在鑽井過程中使用切削液或潤滑劑的成本很高，可能會對環境産生很大的影響，并且需要大量的維護才能處置。幹鑽通常是可取的，選擇合适的切削參數對于為産品裝配生産高品質的鑽孔至關重要。
鋁合金7075的應用
Al7075在汽車和航空航天工業中的應用越來越多，通常有助于減少車輛的總品質。在航空航天工業中，Al7075通常用于生産機身的結構部件，包括機翼蒙皮，尾翼或尾翼以及機身。Al7075的高耐腐蝕性、高強度、高耐撞性和耐用性使該材料成為結構部件應用的理想選擇。
AI7075的模量彈性為71。7GPa，剪切模量為26.9GPa，适用于高性能金屬應用。AI7075具有良好的拉伸屈服強度，這意味着它可以在變形之前抵抗高達503MPa的張力，并且不會恢複到其初始形式。
與純鋁相比，Al7075強度高的主要原因是鋅含量是其主要合金元素。在保持部件強度的同時減輕重量有利于降低油耗和降低維護成本。這些良好的性能顯示了Al7075在結構部件工業中越來越多地使用的好處和原因。
從可加工性方面來看，Al7075由于其更好的切屑形成，比其他高性能金屬更具可加工性，并且易于剪切。與其他高性能合金相比，加工鋁合金的切削力、切削溫度和能耗相對較低，這使其成為實作高生産率的良好替代品。
在Al7075中，在尺寸精度和良好的機器表面光潔度方面生産出良好的孔品質可能具有挑戰性。鋁合金的柔軟性和延展性可能導緻在操作過程中材料熱軟化，進而導緻積屑瘤積聚在刀具邊緣和材料粘附在加工表面上。
切削工具
在進行鑽孔操作之前，刀具幾何形狀和刀具材料方面的切削刀具是需要确定的重要因素，因為它們會影響Al7075的刀具磨損、刀具壽命和表面光潔度。麻花鑽，是常用的鑽頭類型，特别是在鑽孔Al7075中，因為它具有螺旋槽，便于排屑與凹槽一起排出。
螺旋角是在鑽頭前緣和鑽軸之間形成的角度。由于通過減小螺旋角來提高刀具強度，使用低螺旋角可以提高鑽孔操作的效率。對于鑽孔Al7075，已使用的常見螺旋角為30°。點角，即切割唇之間的角度形式，對于確定鑽孔效率也很重要。
鑽頭材料的選擇很重要，因為它決定了鑽頭在鑽孔過程中的韌性、硬度、耐磨性和耐熱性。鑽孔Al7075中使用的鑽頭材料通常由高速鋼和碳化鎢制成。據說HSS鑽頭經常被使用，因為它的可用性範圍廣，成本低，硬度低，HSS鑽頭不能很好地抵抗高切削溫度。
為了制造高性能部件，碳化鎢鑽頭是優選的，因為與高速鋼鑽頭相比，它們能夠抵抗高切削溫度并保持其韌性，通常産生更好的孔品質。與高速鋼鑽頭相比，在鑽孔Al7075期間使用硬質合金鑽頭時，報告了更少的材料附着力、更少的BUE、低刀具磨損和改善的切屑形成。
這得到了先前研究的支援發現碳化鎢鑽的刀具壽命比高速鋼鑽長20%，并且在幹燥條件下鑽孔直徑為6毫米時，還可以在04.6至12.6毫米的範圍内産生尺寸精度高的高品質孔。通常建議使用碳化鎢鑽頭鑽孔Al7075。
切削速度是根據刀具的外部或外圍移動到正在鑽孔的工件的速率來測量的。鑽孔Al7075通常使用的切削速度範圍在50至250米/分鐘以内，适用于直徑為6至8mm的切削刀具。據報道，由于材料剪切力的改善，切削速度的提高導緻加工表面粗糙度降低。
使用180、200、220和240m/min的切削速度進行鑽孔實驗，發現當切削速度從7075m/min提高到5m/min時，Al49的表面粗糙度降低了180.240%。切削速度的提高可能會增加刀具顫振，進而影響加工表面的表面粗糙度。
提高切削速度可能會增加由主軸旋轉引起的刀具振動，進而導緻加工表面光潔度差。為避免鑽孔過程中由于高切削速度而導緻的刀具顫振和振動，在開始鑽孔操作之前，必須確定工件材料的正确夾具和夾緊以及牢固的主軸頭。
由于鑽孔操作過程中産生的高熱量，高切削速度還會導緻刀具和工件之間的切削溫度升高，這可能導緻更高的刀具磨損率。當切削速度提高時，切削溫度也會升高，這會導緻工件材料粘在切削刃上。
發現在Al60鑽孔過程中，切削速度從100米/分鐘提高到195米/分鐘導緻切削溫度從240°C升高到7075°C。由于切削速度從0m/min提高到08m/min，進給率為0.19mm/rev，後刀面磨損從180.240mm增加到0.1mm，這也導緻表面粗糙度從4.015降低到3.619μm。
雖然較高的切削速度會導緻更高的刀具磨損，但不建議使用過低的切削速度，因為它可能會導緻切削刃上形成積屑瘤，進而導緻加工表面粗糙度高，也會導緻生産率低下。使用40m/min的低切削速度和160°C的切削溫度進行鑽孔時觀察到BUE形成，導緻表面粗糙度Ra為1。
在鑽Al100時，通常建議使用220至7075m/min範圍内的中等切削速度，以保持良好的生産率。
進給速率
進給率是影響切屑形成、切削力和孔品質的主要因素。進給率是刀具每整轉一圈時鑽頭移動到工件中的距離。Al7075鑽井作業中通常使用的進給速率範圍在0.01至0.10毫米/轉之間。
在0m/min的恒定切削速度下，進給速率從05.0mm/rev增加到2.50mm/rev，導緻推力從825N增加到1020N，并産生連續的切屑，這些切屑可能纏繞在鑽屑槽中，進而導緻加工表面光潔度差。
發現在高進給速率下，孔的形狀會變差。這是由于厚切屑形成引起的高推力。在鑽削Al7075時，建議使用低進給率，因為它會導緻低推力、産生良好的加工表面光潔度并延長刀具壽命。
在鑽孔操作過程中，當鋁合金被切削刃去除時，會形成切屑。了解切屑的形成和形态非常重要，因為它會影響刀具磨損和孔品質。螺旋或帶狀形式的連續晶片，在鑽孔過程中以增加的切削速度形成。
這解釋了由于高切削溫度導緻的熱軟化引起的材料應變而形成的連續切屑。材料變得更有延展性，這導緻形成連續的碎屑。而連續晶片更薄，連續切屑通常是不希望的，因為它們可能會導緻排屑困難。
因為切屑纏繞在鑽頭周圍并卡在凹槽中，進而導緻表面粗糙度高和鑽孔品質差。在這種情況下，需要使用斷屑槽在鑽孔過程中将切屑破碎成更小的碎片，以便于切屑從鑽孔中排出。
結論
Al7075鑽孔的刀具磨損和孔品質受鑽削操作期間的切削參數、切削刀具和條件的影響很大。結果表明，較低的切削速度和較低的進給率有利于在直徑、圓度、表面粗糙度和毛刺方面産生較低的刀具磨損和更好的孔品質。
低切削速度産生的熱量較少，切屑在切削刃和加工表面上的粘附趨勢較小。這可以降低表面粗糙度以及減少毛刺形成，進而獲得良好的孔品質。
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