淺談鋁合金機械加工中存在的問題及解決措施

張紅梅

摘 要：近年來，在機械廠的機加工生產(chǎn)過程中，鋁合金零部件的加工數(shù)量逐漸加大，并且形狀越來越復(fù)雜，尺寸精度和粗糙度要求越來越高，尤其是鑄造鋁合金殼體類零部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造壁薄，體積越來越大。由于尺寸精度和粗糙度要求越來越高，因此，在加工過程中存在零件變形的問題。本文通過鋁合金機械加工過程遇到的主要問題進(jìn)行闡述及分析解決措施，以達(dá)到對其研究的目的，以供相關(guān)方面的技術(shù)人員進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金；機械加工；存在問題；解決措施

引言：在現(xiàn)今工業(yè)制造中，逐步實現(xiàn)了對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，這這就為鋁合金的高效及拓展性應(yīng)用提供了發(fā)展契機，由于其具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，這就使得鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頻率不斷上升。再有就是鋁合金由于具有突出的物理力學(xué)性能優(yōu)勢，因此，本文針對鋁合金性能的特點及加工中存在的問題和解決措施等研究趨勢進(jìn)行分析論述，忘專家們批評指正。

一、鋁合金零件的加工工藝及技術(shù)

針對目前鋁合金加工過程中存在的問題，一些專家們在盡可能改善冷卻和潤滑條件及開發(fā)新刀具，還有改善鋁合金材料性能方面的研究有了很大突破?，F(xiàn)將一些常用的加工技術(shù)方法介紹如下：

1.加工基準(zhǔn)選擇

加工基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)一致，并且在加工工藝山要充分考慮零部件的穩(wěn)定性、定位的精準(zhǔn)性還有夾緊可靠性等。

2.粗加工

由于一些鋁合金零件加工尺寸精度和表面粗糙度非常不容易達(dá)到高精度要求，在加工前需要對形狀復(fù)雜的一些零件進(jìn)行粗加工，并結(jié)合鋁合金材料的特點對其進(jìn)行切削，這種方式產(chǎn)生的熱會引起切削變形，會不同程度的增加零件尺寸方面的誤差，甚至引起工件變形。因此對一般平面的粗加工，采用銑、刨加工。同時加冷卻液對工件進(jìn)行冷卻，以降低切削熱對加工精度的影響。

3.精加工

在加工中，高速切削會產(chǎn)生大量切削熱，盡管切屑能帶走大部分熱量，但在刃前區(qū)仍能產(chǎn)生極高溫度，由于鋁合金熔點偏低使得刃前區(qū)常常處于半熔化狀態(tài)，使工件在切削點處的強度受高溫影響大幅度下降，容易產(chǎn)生鋁合金零件在加工過程中形成凸凹缺陷。因此，在精加工過程中，通常選用冷卻性能好、潤滑性能好，粘度低的切削液。在潤滑刀具的同時，及時帶走切削熱，降低刀具及零件加工面的溫度，減少零件溫度變形。

4.刀具的合理選擇

與黑色金屬相比，鋁合金材料在切削過程中產(chǎn)生的切削力比較小，可以采用較大的切削速度，但容易形成積屑瘤。鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，切削時由于切屑和零件傳導(dǎo)出的熱量較多，切削區(qū)溫度較低，所以刀具的耐用度較高，但零件本身溫升較快，容易引起變形。因此選擇適合的刀具材料，選擇合理的刀具角度，并提高刀具表面粗糙度，對降低切削力和切削熱十分有效。

5.利用熱處理及冷處理解決加工變形

消除鋁合金材料加工應(yīng)力的熱處理方法有：人工時效、再結(jié)晶退火等。對于結(jié)構(gòu)簡單的零件工藝路線一般采用：粗加工、人工時效、精加工。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件工藝路線一般采用：粗加工、人工時效（熱處理）、半精加工、人工時效（熱處理）、精加工。對于精度要求高的零件在粗加工和半精加工后安排人工時效（熱處理）工序的同時，可以在零件精加工工序后再安排一次穩(wěn)定化熱處理工序，防止零件在放置、安裝、使用過程中發(fā)生微小的尺寸變化

三、鋁合金機械加工的主要難點及解決方案

1鋁合金機械加工難點一

在航空領(lǐng)域、汽車及機械類領(lǐng)域中，鋁合金精密原材料應(yīng)用越來越廣泛，由于其原材料易切削性高，所以，在以上所述的領(lǐng)域中相應(yīng)零件尺寸精度，零件表面粗糙度要求都很高。

1.1.刀具原材料的選擇：

針對鋁合金原材料硬度，機械性能選擇切削刃具的材料，一般是粗加工應(yīng)用硬質(zhì)合金，鋁合金精密加工應(yīng)用金剛石材料：在刀具粗，精加工結(jié)構(gòu)設(shè)計方面根據(jù)臺階尺寸的要求，合理設(shè)計刀具尺寸，特別是精加工刀具結(jié)構(gòu)。

1.2案例分析：，在中間臺階處不能形成突起和圓角。

問題：類似此類孔加工，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計及功能要求，在產(chǎn)品局部的臺階倒角處，無法在倒角處完全達(dá)到理論值，由于鋁合金材料在加工過程中容易產(chǎn)生擠壓變形，尤其在銳邊處形成突起。

1.3原因分析：由于精密加工刀具的制作工藝特點，即成型刀具是采用線切割機床完成臺階制作的，而線切割的鉬絲最小直徑為D0.25。

1.4刀具加工過程中機床主軸和刀具刀柄的跳動，原材料的塑性變形導(dǎo)致形成的突起。所以，在機加工行業(yè)中按照常規(guī)的刀具設(shè)計和制作工藝是無法滿足設(shè)計要求，而此處由于零件的裝配及功能要求是無法讓步的。

目前的解決方案：為了避免產(chǎn)生圓角，采用非常規(guī)的刀具設(shè)計方法（錯齒）設(shè)計出的刀具。該解決方案的缺陷：雖然滿足了形狀要求，但是在加工過程中由于單刃切削，會大大降低刀具的切削穩(wěn)定性從而劃傷孔口。

2.鋁合金機械加工難點二

鋁合金加工中，表面在Ra0.1內(nèi)孔使用于活塞運動和要求密封較嚴(yán)格的場合。對于要求孔內(nèi)表面光潔度極高的Ra0.1以內(nèi)，并且大批量生產(chǎn)在機械加工中，應(yīng)該屬于比較困難的不太容易實現(xiàn)。

2.1技術(shù)分析：金屬加工本身是由刀具擠壓零件加工部分由彈性變型-塑性變型-切斷來實現(xiàn)的，避免刀具撕扯零件加工部為，在刀具上考慮，使刀具刀刃必須鋒利，要零件本身彈性變型塑性變型時間縮短，盡量小的影響加工后表面。批量持續(xù)生產(chǎn)需要考慮刀具耐磨性，提升刀具材質(zhì)，在鋒利狀態(tài)保持時間更長。鋁合金在金屬加工本身韌性延展較好，不容易斷屑，解決斷削問題或連續(xù)排削，避免切屑劃傷孔內(nèi)表面。

2.2目標(biāo)實現(xiàn)：刀具采用聚精金剛石，刃口要十分鋒利，在切削部分必須保持鋒利，磨損后表面質(zhì)量很差。

3.鋁合金機械加工難點三

螺紋孔口毛刺問題，在液壓閥類領(lǐng)域中，螺紋連接應(yīng)用是比較廣泛，并且對毛刺、清潔度要求都很高。機械加工時為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對設(shè)備、夾具、尤其是刀具都有很高的要求，將螺紋和孔口直徑一道加工出來對刀具進(jìn)行更改，這樣就不會有毛刺產(chǎn)生，降低風(fēng)險。

三、鋁合金性能特點及加工過程中存在的問題及措施

1.鋁合金的強度一般為96～294MPa，高的也只有588～687MPa，硬度最高只有110～120HB，材料抗塑性變形和劃痕的能力較差，工件易碰傷和夾壞，這就需要排屑順暢，切屑才不會與已加工表面粘連。

2.鋁合金的導(dǎo)熱能力高，在切削過程中切屑可以帶走大量的熱量，但彈性模量較小，易產(chǎn)生較大的彈性變形，不易獲得高的加工精度，而且會引起后刀面和已加工表面之間的劇烈摩擦，從而加快刀具的磨損并引起振動，這在薄壁件加工中表現(xiàn)得更加明顯，因此需要盡量獲得較高的加工精度，才有利于鋁合金的機械加工。

3.在小余量精加工鋁合金中，可轉(zhuǎn)位刀片刃口通常顯得較鈍，常常導(dǎo)致“犁削”效應(yīng)的產(chǎn)生，引起切削力突然增加，出現(xiàn)讓刀過大以及功率需求過高的問題。因此需要改進(jìn)刀刃的靈敏度，并且增大其功率才能盡可能的避免此項缺陷。

結(jié)語：綜上所述，在鋁合金機械生產(chǎn)加工的過程中，需要在生產(chǎn)加工中保證產(chǎn)品的品質(zhì)，滿足產(chǎn)品的表面粗糙度要求。所以在鋁合金的切削過程中，刀具材料、刀具的幾何參數(shù)、切削液以及加工應(yīng)力的消除尤為重要，并且需要有效的解決生產(chǎn)中的難點及問題等，只有綜合考慮這些因素，才能比較高效率地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

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