為了減少批量生產(chǎn)中刀具的消耗，降低刀具在生產(chǎn)過程中的損耗成本，采用理論與實際相結(jié)合的分析方法，綜合分析加工過程中的工況，包括加工效率、冷卻方式和產(chǎn)品材質(zhì)，在實踐中實施處理鋁熔化導(dǎo)致的粘鋁現(xiàn)象，處理后實現(xiàn)刀具再利用，從而降低刀具消耗成本。

一、序言

隨著我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，近些年新能源汽車更是井噴式地發(fā)展，而輕量化是新能源汽車行業(yè)的核心話題，輕量化的核心則是變更傳統(tǒng)材料。鋁合金具有強度高、質(zhì)量輕的特點，是使汽車輕量化不可或缺的材料。汽車零件幾何形狀相對復(fù)雜，壓鑄鋁合金零件在整車中的占比已經(jīng)越來越大，壓鑄零件的CNC加工需求也在逐步提升。

鋁合金汽車零件CNC加工制造，主要的要求是高效率、高穩(wěn)定性的連續(xù)生產(chǎn)和成本不斷降低，使得對于整個生產(chǎn)過程需要更詳細的控制和策劃。

二、鋁合金切削過程中產(chǎn)生積屑瘤

鋁元素本身在切削過程中主要的特性為熔點低，加工工況中表現(xiàn)為“粘”，由于該特性和實際工況下的冷卻不足，在微觀的加工過程中摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時或者有效地釋放出去，所以導(dǎo)致鋁會熔化并附著在刀具的切削刃和排屑槽處，當冷卻后瞬間又凝固粘結(jié)到刀具上，即產(chǎn)生積屑瘤，導(dǎo)致刀具的報廢，這類問題在行業(yè)內(nèi)俗稱“容易粘刀”。

刀具是CNC加工過程中的一種消耗品，在成本支出中占比較大。一般鋁合金專用切削刀具的切削刃應(yīng)更加鋒利，排屑槽需進行特殊的拋光處理并且增加鋁合金專用涂層，來提高切屑的排出效率。汽車行業(yè)的高效率生產(chǎn)，促使刀具必須提高進給量和線速度，從而又增加了切削過程中產(chǎn)生的熱量，增大了鋁熔化粘刀的風險，也導(dǎo)致因積屑瘤而使刀具報廢所引起的成本增加。

伴隨著環(huán)保的要求，鋁合金CNC加工大量使用MQL最小微量潤滑作為切削液替代介質(zhì)，而鋁本身熔點低的特性加持MQL冷卻效果的降低，更加促進了積屑瘤現(xiàn)象的產(chǎn)生，而因粘刀報廢的刀具占整個刀具常規(guī)報廢的40%左右。由于積屑瘤的傳統(tǒng)處理方法一般使用敲擊、砸擊等方式，處理后能再使用的刀具寥寥無幾，因此提出一種新方案。

三、處理措施

新方案的具體處理措施如下。

1）取下已有積屑瘤的刀具。

2）尋找NaOH固體，與水進行稀釋，并放入陶瓷容器內(nèi)。

3）待稀釋后變?yōu)?/span>NaOH溶液，將已經(jīng)粘結(jié)鋁的刀具放入溶液內(nèi)浸泡，粘鋁部位完全浸泡至溶液內(nèi)，持續(xù)2h，或者根據(jù)實際情況加長浸泡時間。傳統(tǒng)處理方案與新方案對比見表1。

四、化學原理

以汽車零部件常用A1Si7Mg材料為例，其中A1的含量約為93.5%，Si的含量為6.5%，Mg的含量為0.25%。Al和Si都能與NaOH溶液反應(yīng)，用NaOH溶液浸泡可以除掉刀具上殘留的主要的A1成分，原理是金屬和NaOH發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡（H），最終使粘結(jié)的鋁脫落。

化學反應(yīng)方程式如下:

1) Si與NaOH反應(yīng)方程式為

Si+2NaOH+H?O=Na?SiO?+2H?↑

2) AI與NaOH反應(yīng)方程式為

2Al+2NaOH+2H?O=2NaAlO?+3H?↑

最終結(jié)論，鋁被清除，刀具可以重復(fù)使用。

五、試驗驗證

使用絲錐對上述理論試驗驗證。選擇絲錐的原因是在鋁合金加工中，絲錐屬于刀具中價值較高的一種刀具，同時肩負著更長使用壽命的使命，而且?guī)缀涡螤畋容^復(fù)雜，溝槽狹小，產(chǎn)生粘鋁現(xiàn)象以后基本無法使用物理方式清除，試驗該種刀具更具有意義和代表性。

由于加工過程中瞬間產(chǎn)生較高的熱量，且可能冷卻不足等，故導(dǎo)致鋁被瞬間熔化，且被粘在溝槽內(nèi)，表示絲錐已經(jīng)無法再使用，螺紋牙型已經(jīng)損壞。

按照上述化學理論進行試驗，使用NaOH溶液對絲錐粘鋁部分(積屑瘤)進行完全浸泡，經(jīng)過NaOH完全浸泡處理后的絲錐，目測溝槽內(nèi)積屑瘤已經(jīng)完全脫落，試驗器皿內(nèi)存在脫落的殘留鋁渣。使用處理后的絲錐再次進行工件的加工，經(jīng)檢測工件螺紋牙型符合要求，螺紋合格，該絲錐可以恢復(fù)再使用。

六、結(jié)束語

汽車零部件行業(yè)屬于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，新設(shè)備和新設(shè)計的專用刀具的匹配需要在前期調(diào)試時進行大量的切削驗證。在驗證過程中，由于參數(shù)的匹配、新設(shè)備的磨合及調(diào)試人員的經(jīng)驗不足等，刀具產(chǎn)生積屑瘤的現(xiàn)象比較常見，導(dǎo)致報廢調(diào)試成本和生產(chǎn)周期直線上升，以及后期在大批量生產(chǎn)過程中毛坯余量的變化、冷卻的瞬間不穩(wěn)定等原因?qū)е碌恼充X問題，在應(yīng)用此方法后得到有效解決，大大節(jié)約了刀具成本和處理時間，提高了刀具的使用壽命，同時大幅降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。