航天鋁合金薄壁零件高效加工工藝研究

姚勇

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的科技水平也有了很大的進(jìn)步，隨之而迅速崛起的是制造業(yè)，包括航天制造領(lǐng)域也進(jìn)入到了一個(gè)新階段。如今航天產(chǎn)品對(duì)科技以及制造工藝的要求在不斷的上漲，需求量也在不斷的上升。所以，加快航天制造企業(yè)的制造效率迫在眉睫，這就意味著航天制造企業(yè)需要不斷的提高工藝水平，使用高質(zhì)量材料來進(jìn)行航天產(chǎn)品的制造。而鋁合金因其各方面的優(yōu)異性能成為目前航天制造業(yè)的熱門材料。本文將針對(duì)航天制造中鋁合金薄壁零件高效加工工藝展開探討。

關(guān)鍵詞：航天制造；鋁合金；薄壁零件；高效加工；工藝

一、高效加工工藝的概念

在航天產(chǎn)品零件制造中，最常用的一種材料就是鋁合金，而高強(qiáng)度的鋁合金材料更是越來越受航空制造企業(yè)的歡迎。相比于普通的鋁合金，高強(qiáng)度的鋁合金材料在自身性能和生產(chǎn)過程中的工藝應(yīng)用方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。這種易切削的鋁合金材料，更加適合高效加工工藝的制造手段，因?yàn)楦咝Ъ庸すに嚨膶?shí)質(zhì)就是高速加工技術(shù)和切削工藝優(yōu)化的相結(jié)合。在實(shí)際的加工過程中，高效加工工藝具有高材料去除率和短時(shí)間單件加工的特性，并且高水平的切削工藝可以保證鋁合金薄壁零件的各項(xiàng)參數(shù)的精度，從而保證薄壁零件的質(zhì)量。

二、鋁合金薄壁零件加工難點(diǎn)

（一）鋁合金材料性能缺陷

一般的鋁合金是由純鋁添加金屬銅、硅、鎂、鋅等物質(zhì)加工制造而成，這種合成的金屬相比于純鋁而言，金屬的結(jié)構(gòu)性能更好，可塑性更強(qiáng)。所以，在工業(yè)制造的大多數(shù)場(chǎng)合，鋁合金都扮演了重要的角色。由于鋁合金具有良好的延展性和抗拉強(qiáng)度，密度低卻強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性佳的優(yōu)點(diǎn)，使得鋁合金比較適合切削工藝，尤其是高速切削。但是，在加工過程中，鋁合金材料也存在一些缺陷，例如硬度低、塑性低，在實(shí)際的加工過程中容易發(fā)生變形造成產(chǎn)品缺陷。

（二）鋁合金薄壁零件加工變形問題

雖然鋁合金的切削工藝優(yōu)勢(shì)眾多，但是在其加工過程中，受自身物理特性和外界環(huán)境變化的影響非常明顯，例如在加工過程中鋁合金會(huì)膨脹變形，所以在進(jìn)行切削前一定要對(duì)鋁合金預(yù)熱處理或冷處理?；阡X合金的切削屬性，在對(duì)鋁合金薄壁零件進(jìn)行切削時(shí)一定要注意以下4個(gè)問題：

1、在以往的零件加工過程中可以發(fā)現(xiàn)，工件裝夾方式對(duì)零件的切削效果有很大的影響。因?yàn)殇X合金的剛性不足，若裝夾的夾緊力過大，會(huì)導(dǎo)致零件變形，而且這種概率很大。若裝夾的夾緊力過小，又無法夾緊零件，會(huì)導(dǎo)致零件在加工過程中位置發(fā)生偏移，所以這也是薄壁鋁合金零件加工的一個(gè)難點(diǎn)。

2、薄壁零件的加工過程中很可能會(huì)因?yàn)榍邢髁Χa(chǎn)生變形。因?yàn)樵诘毒叩某掷m(xù)作用下，零件會(huì)因?yàn)榈毒叩恼饎?dòng)而發(fā)生位移，當(dāng)?shù)毒咴俅吻邢鲿r(shí)，刀具切下的實(shí)際位置其實(shí)并不是原本設(shè)定好的切削位置，這就會(huì)因切削力使零件發(fā)生變形或者零件的尺寸不合格。

3、鋁合金的切削過程會(huì)因?yàn)榍邢鳒囟冗^高而產(chǎn)生黏刀的現(xiàn)象。鋁合金的融點(diǎn)較低，在鋁合金薄壁零件的切削中，由于摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)使鋁合金表面融化，融化的鋁合金會(huì)粘黏在刀具上，致使刀具無法切削工件，從而影響薄壁零件的切削效果。

4、鋁合金薄壁零件的切削過程會(huì)因?yàn)榈毒呓嵌取⑶邢鲬?yīng)力、殘余應(yīng)力等因素產(chǎn)生一定程度的震動(dòng)，而鋁合金自身的抗震性能并不能夠抗衡這種震動(dòng)，所以必然會(huì)導(dǎo)致鋁合金薄壁零件的變形，使得鋁合金薄壁零件會(huì)出現(xiàn)參數(shù)不合格的情況。

三、鋁合金薄壁零件高效加工工藝措施

（一）提高粗加工的生產(chǎn)效率

鋁合金薄壁金屬零件的加工需要經(jīng)過粗加工和精加工的不同階段，粗加工的目的就是提高工作效率，快速去除多余的材料，所以在粗加工環(huán)節(jié)，可以采用適當(dāng)?shù)拇蠊β蔬M(jìn)行高效切削，并且可以將薄壁部位和其他部位同時(shí)粗加工。只要注意在進(jìn)行薄壁部位粗加工時(shí)需要留夠多余的量，以防止在粗加工過程中因速度過快或者力度過大而使鋁合金薄壁發(fā)生變形。為防止粗加工過程中薄壁零件發(fā)生變形，其走刀方式不應(yīng)使用平行式，而應(yīng)該采用環(huán)繞走刀式，實(shí)踐證明環(huán)繞走刀式可以有效的降低刀具接觸薄壁部位時(shí)對(duì)薄壁發(fā)生撞擊變形。另外，在刀具的選取上要注意高強(qiáng)度原則。

（二）鋁合金高低溫時(shí)效去應(yīng)力的方法

在鋁合金薄壁零件加工中，會(huì)經(jīng)常涉及到高低溫時(shí)效去應(yīng)力的方法。該技術(shù)的應(yīng)用主要是應(yīng)對(duì)鋁合金加工中產(chǎn)品在經(jīng)過粗加工和精加工之后變形的現(xiàn)象。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于去除應(yīng)力完全，確保產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，非常適用于薄壁鋁合金零件。該技術(shù)方案主要通過以下方式來實(shí)現(xiàn)。首先將高溫爐提前預(yù)熱至140℃-160℃，再將鋁合金產(chǎn)品放置高溫爐內(nèi)，保溫3-4小時(shí)。然后再將低溫爐提前預(yù)冷至-60℃—-80℃，再將鋁合金產(chǎn)品從高溫爐快速轉(zhuǎn)移至低溫爐，保溫3-4小時(shí)。最后將這兩個(gè)步驟重復(fù)2-4次即完成對(duì)鋁合金零件的高低溫時(shí)效去應(yīng)力。

（三）精加工優(yōu)化方法

結(jié)合目前鋁合金薄壁零件加工系統(tǒng)的實(shí)際情況，可以通過精加工優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)高效加工，主要可以從以下幾個(gè)方面入手：

1、精加工的加工方式十分重要，想要實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，主要是在保證質(zhì)量的前提下提高加工的速度，而鋁合金的切削工藝占生產(chǎn)加工的很大比例，所以加快切削的有效手段之一便是優(yōu)化刀具的走刀軌跡。其次機(jī)床結(jié)構(gòu)要有足夠的動(dòng)、靜態(tài)特性和熱態(tài)特性。對(duì)于提供機(jī)床動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)要功率充足，能夠滿足機(jī)床主軸提供大轉(zhuǎn)矩與高轉(zhuǎn)速的需求，以保證加工機(jī)床的高速切削。

2、為避免工件加工過程中發(fā)生變形或者工件位置偏移，可以在原本的裝夾基礎(chǔ)上，優(yōu)化夾裝定位方式，具體操作可以增加輔助裝夾工具或者采用擠壓方式，這樣便可以保證鋁合金薄壁零件在加工中不會(huì)發(fā)生位置偏移，也可很大程度地降低薄壁零件變形的概率。

3、加強(qiáng)鋁合金薄壁零件的冷卻處理工藝，要檢驗(yàn)好冷卻使用的循環(huán)水是否正常，溫度是否過高，如果一切正常，則可以通過降低鋁溫、調(diào)整壓射狀態(tài)、降低沖頭速度等手法來提升工件的冷卻處理工藝。另外，想要降低鋁合金薄壁零件受熱變形，可以盡量減少切削量，從整體上控制溫度過高。

4、采用高速加工的切削方式。高速加工是一種新的加工理念，主要原理為通過減小吃刀量，實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給速度的方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，切削過程中產(chǎn)生的熱量小，可以防止因熱變形而導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。同時(shí)，這種切削方式的切削力很小，可以防止因切削力導(dǎo)致產(chǎn)品震動(dòng)及變形的情況，這種方式非常適用于薄壁鋁合金的加工。

四、結(jié)語

在我國(guó)的各個(gè)制造業(yè)中包括機(jī)械制造、醫(yī)療事業(yè)以及化學(xué)工程中都會(huì)比較多地運(yùn)用到鋁合金材料。鋁合金薄壁零件在航天航空制造中占有重要的一部分，鋁合金制造工藝的水平會(huì)影響到航天產(chǎn)品的整體質(zhì)量。而鋁合金薄壁零件對(duì)加工工藝以及技術(shù)的要求較高，其中鋁合金的切削工藝為薄壁零件質(zhì)量的最重要影響因素，所以，在實(shí)際的航天鋁合金薄壁零件制造中，要通過高效加工的方式改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)量，節(jié)約材料資源，提高產(chǎn)品精度。

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（作者單位：貴州群建精密機(jī)械有限公司）