铝合金零件加工变形的解决方法

张德才 ,王华兵 ,蔡希志 ,王桂波

摘要:本文主要介绍了铝合金机械的加工变形原因,提出了解决铝合金零件机械加工变形问题的基本方法。以作者的工作及实践经验,介绍了这些方法在实际机械加工中的应用。

关键字:铝合金型材;加工时变形;残余应力;切削热;切削用量;加工夹具的变形和回弹

0 引言

在机械加工中,影响铝合金零件变形主要有以下三个因素:毛坯残余应力的释放、由切削热与切削力所引起的变形、对工件的装夹变形和回弹。要解决铝合金的加工变形问题,就必须针对以上各个因素制定相应的加工方法,并安排合适的加工工艺方案。

1 铝合金加工变形的解决方法

1.1铝合金加工变形的解决方法

1.11利用最先进的加工技术解决了铝合金的加工变形

新型的机械加工方法,与传统的机械加工方法相比较而言,更能高效的处理零件加工过程中的切削力、磨削热,以及刀具的装夹变形和回弹等的问题。下面列出了一些先进的加工方法。

①高速切割技术。②电流变(ER)技术。③激光制造技术。④水射流制造技术。⑤超音波生产技术。⑥离子束生产技术。⑦等离子生产技术。⑧线切割生产技术。

1.12使用金属切削工具处理铝合金的加工过程

与黑色金属相比较,铝合金材料在切削过程中产生的切削力相对较小,因此可以采用较大的切削速度,但很容易粘上刀、形成积屑瘤,由于铝合金材料的导热系数较高,在切削时由切屑和零件导出的热量都较多,且切削区温度也较低,所以虽然刀具耐用度较高,但由于零件本身的温升也相对较快,很容易引起变形的产生。因此,通过选用合适的刀具材料,在原刀具材料的基础上选用合适的刀具角度,并提高刀具表面的粗糙度的要求,对降低切削力和切削热十分有效。

1.13利用热处理解决相合金的加工变形

解决铝合金型材加工应力问题的热处理方式,一般为去内部应力退火、再结品退火、均匀性退火及时效。

1.14利用冷处理解决铝合金的加工变形

解决铝合金加热变形问题的冷处理技术,只要有振动时效和人工冷校形。由于冷处理工艺节能、制造周期复、制造代价小,所以在制造流程中使用最广泛。

1.2机械加工中应用实例

1.2.1铝合金硬铝板材

铝合金硬铝板料在轧制后的表面产生压应力,而中心部呈拉应力状态。如对板料进行表面切削加工,则由于板料表面的拉应力的变化,则可能引起零件翘曲。而对于设计精度要求不高的零件(例如垫板、支撑板),也可采用不需加热处理的较简单方法。即在板料加工余量一定的情况下,采用上下平面去除余量均等的原则,在上平面去除δ厚度的余量,然后翻面重新装夹,再去除另一面δ厚度的余量,在加工时采用先粗加工去除较大的余量,然后梯次减小的原则。在总加工余量为一定的情况下,若每次加工的余量越小,反转的次数也越多,则工件加工后变形就越小,在加工过程中如果利用热切削液进行冷却,在粗加工后进行自然时效,再进行精加工能更有效地控制变形。

实例1:零件由铝型材加工补充后制造而成。但因为零件直径比较长,切削的余量也很大,因此容易造成零部件扭曲。

①在铣削工艺中:加工沟深度,保证六。但由于加工沟的深度很高,因此需要分多次铣削,以减少加工余量。在铣削的同时也要注意铣削工件的上刀角度,以减小零部件的变形。如果零件宽度很长,将零件用铁削为三段。每层铣削后的自动时间,每次铣削厚度的进给量也相应的减少了。②铣两端缺口,保证2613、44型、95°及二十四点八,钻孔。③自然时效。④铣24缺口,钻孔。

实例2:某零件原料是实木板,经过数铣工艺后腔去除余量大,产生了很大的内应力,内应力产生后使板料间产生了压扣。

解决方案:

①通过增加原材料厚度,在厚度上修正应变率,从而提高平面率;②将数铣工序包括相刨、半精铣和精刨,通过分布工艺减少所产生的应力,在各个步骤中加入去应力或退火步骤,从而减少变形;③粗铣零件的反面增加去应力槽,使零部件内应力充分放出,然后再进行半精去空间余量(半精铣每个加工面预留加工余量1m),然后精铣出图示长度;④粗铣时使用拼装夹具夹紧,半精铣时去掉应力槽后使用压板绷紧,精铣后再使用压板绷紧。

1.2.2铝合金长轴类零件

铝合金长轴类零件,先粗去加工余量,在自然时效约四十八小时后(加工余量大自然时效时间更长)再精加工。采用一夹一顶的装夹零件,粗加工后先去除顶尖孔,由精车重新制顶尖孔后再加工。需要注意粗加工尽量去除加工余量,让零件释放内应力,以减少残存应力对精加工过程的影响。加工路线为:粗加工——自然时效——半精加工——自然时效——全精加工。

例3:零件分析:

①零件下料方式不当:产生内应力,原材料容易弯曲。②车加工中的变形:该零件结构为细长轴,采用一顶一夹加工,零件和车刀之间晃动较大,造成零件变形。③零件加工后的变形:半成品零件内部存在较多的内应力,未能及时消除,造成零件变形。

解决方案:

①明确了下料方法,并利用锯床下料,这种方法能够很有效的防止下料变形。

②具体加工路线如下:

工步1粗车：钻顶尖孔，一夹准18一顶车一半外圆由准18至准14;调头钻顶尖孔，一夹准14一顶车另一半外圆由准18至准12;将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效48小时以上，让零件内应力释放。

工步2半精车：车掉上工步顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹准12一顶车一半外圆由准14至准12.4;调头车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹准12.4一顶车一半外圆由准12至准10.4; 将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效24 小时以上，让零件内应力释放。

工步3精车：车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹准10.4一顶车一端外圆由准12. 4至准12;调头车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹准12一顶车一半外圆由准10.4至准10;将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效24小时以上，让零件内应力释放。

工步4:精车加工两端螺纹孔。

2 结论

本章主要阐述了铝合金的铝合金零部件机械加工变化的基本机理,阐述了处理铝合金加工变形的基本技术方法,并根据零件机械加工实际情况给出了具体的技术,为今后制造与处理铝合金零部件加工奠定了切实正确的的理论基础与方法。

铝合金机械加工变形与铝合金零件加工后的整体质量有紧密的联系,因此如何更好的控制铝合金加工变形,以减少零件内的残余应力,一直受到国际上重视。

参考文献：

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