加工刀具是機(jī)加工業(yè)的重要組成部分。對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)。

對發(fā)動機(jī)的各個部件來說，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)溫度會大大升高，使發(fā)動機(jī)承受一定范圍的動應(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%)、過共晶合金(硅含量約18%)和高硅合金(硅含量約25%)。

國內(nèi)常見的活塞合金材料為共晶或過共晶合金，由于當(dāng)?shù)貧夂虻纫蛩?，一般要求活塞材料為高硅鋁合金。本論文對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。切割這類合金時刀具磨損非常嚴(yán)重，因為合金的基體是粗大的，像砂輪一樣一次沉淀的硅結(jié)晶具有較高的顯微硬度，對刀具的磨損影響較大。另外，高硅鋁鑄件切削加工過程中，在刀尖容易形成積屑瘤，高頻生長和剝落導(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。
在切削過程中，鋁會發(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。因為鋁材有較大的塑性和較低的熔點，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?以下簡稱“濱州渤?；钊?為一家俄羅斯制造RUS120系列活塞的廠家，過去，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。
實驗和應(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。研磨實驗結(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這一因素材料時。
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
通過熱處理可以提高鋁合金的切削性能。在硅鋁受熱過程中，由于強(qiáng)化相溶解所帶來的濃度變化，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，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)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，應(yīng)該使用高粒度的PCD刀具。
對鋁合金材料進(jìn)行切削加工時，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，PCD刀具的切削速度可達(dá)360m/min，甚至在粗加工的情況下。對高硅鋁材的加工必須使用粗粒度PCD牌號刀具，例如：濱州渤海活塞加工俄羅斯客戶高硅制品時，對于普通硬質(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，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，應(yīng)該使用合理的幾何參數(shù)。
為了提高PCD刀具刃口對高硅鋁合金的切削性能，在加工高硅鋁合金時，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)。PCD刀具的前角不應(yīng)太大，因為刀具前角越大，切削刃強(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。但愿上面能對讀者有所幫助。