鋁合金薄壁零件的車削工藝要點(diǎn)分析

劉琦+++黃志遠(yuǎn)

摘 要：鋁合金這種材料質(zhì)地比較軟，延展性好，密度小，重量輕，在機(jī)械工程、醫(yī)療事業(yè)、航空航天以及化學(xué)工程等方面都有重要應(yīng)用。車削工藝是對(duì)鋁合金薄壁零件加工制作的主要工藝，對(duì)整個(gè)工藝要點(diǎn)的把握會(huì)促進(jìn)零件質(zhì)量的不斷提高。文章會(huì)以滾筒型鋁合金薄壁零件為具體實(shí)例，闡述鋁合金薄壁零件的車削工藝要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋁合金；薄壁零件；車削工藝

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，鋁合金設(shè)備的需求量進(jìn)一步增大，同時(shí)對(duì)鋁合金原材料進(jìn)行加工時(shí)，工序也變的越來越繁雜，對(duì)于切削參數(shù)也是要求越來越精確。因此，在工業(yè)中對(duì)鋁合金材料進(jìn)行切削時(shí)，應(yīng)該對(duì)其切削特性以及工藝參數(shù)有更加深入的研究，保證在實(shí)際應(yīng)用中，既能避免資源的浪費(fèi)，又能保證工藝制作質(zhì)量。

1 鋁合金的切削特性

相比于純鋁，鋁合金的結(jié)構(gòu)性能更好、可加工性更高。通常在純鋁中添加銅、硅、鎂、鋅等合金元素構(gòu)成鋁合金。這些鋁合金在不同的場(chǎng)合都有重要的技術(shù)和工藝應(yīng)用。

1.1 切削性能

鋁合金延展性好，具有很好的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)兼具硬度低和導(dǎo)熱性好的雙重優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于高速切削。但在實(shí)際加工時(shí)，由于鋁合金具有很高的膨脹系數(shù)，導(dǎo)致切削時(shí)容易變形，因此在對(duì)其進(jìn)行切削之前，應(yīng)該先熱處理強(qiáng)化或者冷處理強(qiáng)化。

1.2 切削問題

受到鋁合金本身物理特性的影響，切削的問題主要表現(xiàn)在這三個(gè)方面：粘刀現(xiàn)象、切削變形以及切削中的振動(dòng)問題。切削時(shí)，由于摩擦生熱，導(dǎo)致鋁合金材料的表面開始受熱變軟直到熔化。并且由于鋁合金具有很好的延展性，導(dǎo)致切屑不能及時(shí)掉落，受熱之后就會(huì)粘在刀口上，造成粘刀現(xiàn)象；鋁合金材料質(zhì)地軟，抗塑性變形能力差。在切削過程中，受熱以及受到應(yīng)力的作用都會(huì)導(dǎo)致工件變形，影響使用，造成資源的浪費(fèi)；在使用刀具對(duì)鋁合金材料進(jìn)行切削時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彈性回復(fù)的現(xiàn)象，這是由鋁合金彈性模量小的原因造成的。這就會(huì)導(dǎo)致切削刀具、給進(jìn)系統(tǒng)的振動(dòng)。另外，切削中，殘留在刀口的切屑在熔化以及脫落的過程中，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。

2 鋁合金薄壁零件工藝分析

以鋁合金薄壁滾筒零件為例，對(duì)鋁合金薄壁工藝進(jìn)行一定分析。滾筒零件的主要結(jié)構(gòu)包括滾筒主體、鋁合金套以及PC塑料支撐圈三部分。外層材料是鋁合金材料，厚度僅為1.5毫米，符合薄壁鋁合金材料的標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)其進(jìn)行加工制作時(shí)，也必須按照對(duì)鋁合金薄壁零件加工的工序進(jìn)行加工。其中，內(nèi)孔的加工都是屬于單獨(dú)加工的形式。外圈的加工過盈熱裝的方式進(jìn)行[1]。該滾筒的結(jié)構(gòu)采用套筒的方式，因此必須保證內(nèi)孔和外圈共用同一個(gè)主軸，并隨相應(yīng)的距離進(jìn)行控制，保證在工作的情況下，內(nèi)孔和外圈不會(huì)發(fā)生劇烈晃動(dòng)和摩擦現(xiàn)象。為保證精加工的工作環(huán)境，應(yīng)該注意摩擦生熱現(xiàn)象，并對(duì)這種妨礙作用采取一定的措施加以控制。通常這些方面包括工件裝夾、刀具參數(shù)、刀具材料等。

3 鋁合金薄壁零件的車削工藝要點(diǎn)

鋁合金薄壁零件的車削工藝要點(diǎn)主要體現(xiàn)在這些方面：工件裝夾、車削時(shí)剛性問題的解決、刀具參數(shù)和工藝參數(shù)。只有在這些重要的工藝方面對(duì)車削工藝加以控制，同時(shí)采用更加先進(jìn)的設(shè)別和相關(guān)技術(shù)，才能不斷提高零件的產(chǎn)出質(zhì)量，進(jìn)而提供我國的鋁合金薄壁零件的車削工藝水平。

3.1 工件裝夾

工件裝夾是為了保證零件在加工時(shí)本固定住，同時(shí)應(yīng)該盡量減少擠壓的作用力對(duì)零件的影響。通常會(huì)采用兩頂尖裝夾的方式，具體就是在工件進(jìn)行車床加工之前將制作好的兩個(gè)堵頭安置好。堵頭的設(shè)計(jì)也是零件加工的關(guān)鍵內(nèi)容，應(yīng)該對(duì)薄壁零件的結(jié)構(gòu)以及尺寸進(jìn)行結(jié)合，保證中心孔以及內(nèi)孔的直徑等參數(shù)跟零件吻合。具體的工藝制作。首先需要對(duì)外圓進(jìn)行定位，同時(shí)在中心進(jìn)行鉆孔工作，這兩個(gè)方面可以利用裝夾的車削定位功能來實(shí)現(xiàn)[2]。之后進(jìn)行切斷工作，保證加工的精度同時(shí)最大程度上減小誤差。堵頭與零件尺寸的吻合，會(huì)大大方便對(duì)零件的精確加工，因此在這個(gè)環(huán)節(jié)中，必須加強(qiáng)對(duì)堵頭的設(shè)計(jì)制作的重視。

3.2 車削時(shí)剛性問題的解決

由于材料本身的特性，車削是面臨的剛性問題也是亟待解決的一個(gè)重要問題。由于鋁合金材料本身的抗塑形能力就比較差，在薄壁條件下的鋁合金材料中，這一特點(diǎn)就會(huì)表現(xiàn)的更加明顯。這種剛性差的材料在進(jìn)行加工時(shí)，非常容易受到切削力的影響，從而引起工件以及刀具發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致工件變形。這種變形在零件的中間部分表現(xiàn)的最為明顯。一旦工件的變形程度加深，就會(huì)導(dǎo)致精加工工作無法進(jìn)行。最終造成不能完成工藝要求，同時(shí)也浪費(fèi)了薄壁鋁合金材料。為解決這一問題，可以在加工的時(shí)候在零件內(nèi)孔里面添加一定數(shù)量的皮球，增強(qiáng)整個(gè)薄壁零件的抗壓能力。同時(shí)應(yīng)該根據(jù)內(nèi)孔的尺寸對(duì)皮球的大小進(jìn)行選擇，皮球只是作為填充物的一種輔助工具，應(yīng)該保證零件在加工之前的完好性。放置好皮球之后，在對(duì)堵頭進(jìn)行安裝，這樣一來就可以有效提高零件的剛性，為進(jìn)一步的精加工提供好必要的條件。

3.3 刀具參數(shù)

薄壁零件的加工精度是在工程具體使用中的重要考量方面。在使用車削工藝對(duì)薄壁鋁合金材料進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)相關(guān)的刀具控制，能夠有效提高零件的加工精度，提高工件的質(zhì)量。一般對(duì)車床刀具的基本要求是：鋒利且切削刃易于散熱。在快速切削的時(shí)候，會(huì)因?yàn)榈毒吆土慵g的摩擦產(chǎn)生大量的熱量，會(huì)對(duì)薄壁鋁合金零件造成影響。因此散熱是十分重要的，相關(guān)切削液的使用也可以實(shí)現(xiàn)這一效果。同時(shí)根據(jù)具體零件的不同，應(yīng)該對(duì)刀具的角度加以調(diào)整。注意切屑的及時(shí)脫落，為預(yù)防切屑在刀口零件上造成一定程度的粘連，需要提前對(duì)刀面進(jìn)行拋光處理，同時(shí)使用油性的潤滑液加以輔助。

3.4 工藝參數(shù)

工藝參數(shù)也是車削工藝中對(duì)工件有重要影響的一個(gè)方面。對(duì)工藝參數(shù)的控制上應(yīng)該主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面：切削速度、給料速度以及切削深度等。在具體的加工制作工程中，應(yīng)該對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。對(duì)切削余量及吃刀深度應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這兩個(gè)條件稍有不慎，就會(huì)造成工件的嚴(yán)重變形。在具體的零件加工之前應(yīng)該對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)采用降低給料和提高切削速度的方式能夠有效改善工件的表面特性。通過對(duì)工藝參數(shù)的不斷調(diào)節(jié)以及科學(xué)控制，有利于提高整個(gè)工件的加工水平。

3.5 專用真空夾緊夾具

在對(duì)薄壁鋁合金材料進(jìn)行切削加工時(shí)，若采用傳統(tǒng)的壓板和程板對(duì)材料進(jìn)行固定，由于受到壓力的作用，就無法保證對(duì)材料的精加工。精加工時(shí)，理想的一種狀態(tài)是保證材料的原有塑性特征，即沒有夾緊力或者可以忽略的夾緊力的情況下，可以有效對(duì)材料進(jìn)行精確加工。使用高科技的真空夾緊系統(tǒng)能夠接近實(shí)現(xiàn)精加工的理想環(huán)境。這套系統(tǒng)是由導(dǎo)熱框架精加工專用真空吸附式夾具與真空泵共同組成。通過粗加工后深槽兩側(cè)以及內(nèi)框面預(yù)留出來的加工余量，同時(shí)在精加工時(shí)保持夾具的吸附面跟安裝好的夾具底面能夠緊密接觸，并通過螺母的稍微調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)無變形夾緊力的工作環(huán)境。

4 結(jié)束語

鋁合金的切削特性決定了工藝中使用的刀具以及相關(guān)參數(shù)，同時(shí)應(yīng)該保證加工時(shí)工件的質(zhì)量以及材料的利用率，保證高效完成工作的基礎(chǔ)上，節(jié)約材料資源。在薄壁鋁合金的加工制作中，對(duì)相關(guān)設(shè)備以及技術(shù)要求更高，因此應(yīng)該不斷對(duì)切削特性進(jìn)行深入研究，學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，保證使用鋁合金材料制造的多種工具設(shè)備能夠以高質(zhì)量的水平被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉瑩.鋁合金薄壁筒形零件車削與夾具[J].職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（02）：11.

[2]牛永進(jìn)，祁建斌.鋁合金細(xì)長桿及薄壁筒加工[J].航天制造技術(shù)，2015（03）：18.