[发明专利]铣削大型薄壁铝合金复合材料W形型材的加工方法

说明书

技术领域

本发明是一种大型薄壁铝合金复合材料W形型材高效重负荷铣削加工方法，属于机械制造的轨道车辆车体制造技术领域。

背景技术

铝合金传统上一般被归类于易切削加工材料，然而铝合金材料硬度低、粘性大、化学活性较强、塑性变形大，生产加工中容易出现刀具不规则磨损、刀具粘结失效、加工表面毛刺和挤压痕迹严重等问题，严重影响铝合金零件生产的效率、质量和成本。近十年来，关于铝合金高速、超高速铣削加工方面的研究以框体、薄壁等结构为多，铣削时所采用的机床转速一般都在(15000～40000)r/min，而关于该材料中低速下(2000～10000r/min)的重负荷和强力铣削加工方面的研究则十分缺乏。铝合金重负荷和强力铣削时，铣削力和铣削温度处于较高水平，铝合金容易发生软化、产生严重积屑瘤甚至熔融，此时需要有效的冷却方式和冷却介质。常规切削液大流量冷却会对铝合金工件表面造成氧化失色，或对表面造成油污染而影响后续的焊接加工。因此，我国相关企业大部分使用进口高性能专用切削液，这大大增加了生产成本。对于在特殊场合应用的某些铝合金结构件，由于生产节拍或生产率的需要，往往需要采用满刀宽、大切深、高进给的用量组合来对该材料进行重负荷铣削加工。重负荷铣削这些弱刚度结构件时的特点是铣削振动大、铣削力大、铣削温度高、刀具磨损率远高于常规铣削加工、刀具成本昂贵。6N01-T5大型薄壁铝合金复合材料W形型材目前普遍被用于制造高速列车车体，其典型制造工艺过程为：单件铝合金型材(长23.5m×宽0.5m×厚0.07m)成形→铝合金型材中空部位粘结铺设减振材料(橡胶类或沥青类减振材料铺设在薄壁筋板交叉处附近)构成铝合金复合材料→铝合金复合材料组焊形成部分车体→龙门铣床上加工出窗口、安装工艺槽等结构→焊接其它附件并形成完整车体。大量减振材料和焊缝的存在使得这种铝合金复合材料型材的铣削加工机理发生了变化，其铣削温度、铣削力、铣削振动、刀具寿命和刀具磨损等都与普通铝合金型材有很大不同。目前，这种铝合金复合材料型材重负铣削加工存在主要问题有：

1、由于铣削力大、铣削振动剧烈，涂层刀具容易发生涂层过早剥落现象，从而刀具寿命无明显提高；

2、粉末冶金高速钢、硬质合金刀具(涂层或无涂层)都会发生严重粘结失效情况，特别是后波刃刀具。刀具寿命普遍较低，如粉末冶金高速钢铣削数分钟就宣告失效，硬质合金刀具铣削30分钟内往往就因为刀具严重粘结而失效；

3、加工表面质量差。为了减少刀具成本，企业往往使用较大的刀具磨钝标准，因此加工表面毛刺、挤压痕迹和鱼鳞状铣削表面大量存在，需要后续进行人工手工打磨，大大降低了生产率和提高了生产成本；

4、企业所使用的机床为铝合金专用铣削机床，其自带的冷却系统属于微量润滑冷却，从而刀具无法得到充分冷却，铣削温度处于较高水平，刀具铣削一段时间后极容易发生严重粘结情况；

5、分层铣削时，薄壁筋板容易被刀具打断，所以实际加工时只能采用大切深一次铣出加工表面。

6、常规冷却润滑液的效果不理想，企业实际使用的是价格昂贵的进口冷却液(300元/升)，进一步增加了生产成本。

因此，需要设计发明出一种适合这种铝合金复合材料型材重负荷、高效率铣削加工的方法，并需要使用经优化的工艺参数组合，以降低刀具磨损率、抑制刀具严重粘结失效情况，最终显著降低生产成本和提高生产率。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种高效、高质量、低成本、重负荷铣削大型薄壁铝合金复合材料W形型材的加工方法。

本发明的技术方案为：

S01，采用正交试验设计法，使用红外测温仪、三向压电式测力仪、加速度计同时测量并获得刀具在铣削用量参数组合下连续铣削温度信号、铣削力信号和铣削振动信号，并从所述连续铣削温度信号、铣削力信号和铣削振动信号中选择相应信号最大值作为预设铣削用量参数组合下的铣削温度、铣削力和铣削振动的数值；铣削用量参数包括机床转速n、径向切深a_p、轴向切宽a_w和进给速度v_f或者每齿进给量f_z；

S02：采用正交试验设计法，使用光学显微摄像系统跟踪拍摄测量刀具在不同铣削时间下的刀具后刀面磨损VB；