鋁合金材料的機械加工工藝研究

黃宙晟

摘要：作為現(xiàn)代加工業(yè)中使用量較高的合金材料，鋁合金材料具有強度高、密度大、塑性強以及點導熱熱抗蝕等方面的特性，其比強度接近高合金鋼，比剛度超過鋼，具有良好的鑄造性能和塑性加工性能、良好的導電、導熱性能，良好的耐蝕性和可焊性。以上良好的基本性能使其在機械加工生產(chǎn)中的使用頻率顯著提升。然而隨著使用率的提高，使用范圍的更加寬廣，鋁合金零部件的復雜性亦有所提高，對機械加工質(zhì)量也提出了更高的要求。對此，本文將從鋁合金加工工藝的影響因素和加工工藝設(shè)計兩方面進行探析，旨在通過提升優(yōu)化加工工藝的方式，促進鋁合金零部件精讀的提升。

關(guān)鍵詞：鋁合金材料;機械加工;加工工藝

一、鋁合金材料機械加工工藝的影響因素

（一）鋁合金材料性能

在工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的推動下，鋁合金材料的應用范圍顯著擴大，相較而言，鋁合金材料與其他材料性能具有較大差異。鋁合金材料焊接性能較差，其在焊接完成之后，焊縫中會留下多種不同類型的焊接缺陷，具體表現(xiàn)為嚴重氣孔與嚴重裂紋等。此外，鋁合金材料具有收縮性較強的特征，其在焊接過程中，除極易出現(xiàn)裂紋外，焊接變形也是一大問題。對此，在實際的加工工藝設(shè)計過程中，相關(guān)工作人員應當強化對這一問題與特點的把控，盡可能規(guī)避焊接缺陷，實現(xiàn)鋁合金材料的高效利用。此外，鋁合金材料還具有良好塑性、強度以及低密度等方面的特征。因此，在使用鋁合金材料的過程中，應當側(cè)重于新方法的采用，用以推動鋁合金材料使用率的提升。整體而言，在鋁合金材料加工的過程中，加工工藝設(shè)計人員應當對鋁合金材料的特點進行全面把控，并以此為依據(jù)優(yōu)化機械加工工藝，以保障鋁合金材料加工損耗率的降低

（二）切削加工參與應力

1.2.1應力綜合應用

在零部件加工過程中，切削會導致應力平衡發(fā)生變化，進而對被加工材料內(nèi)部組織狀態(tài)產(chǎn)生影響。在鋁合金材料加工過程中，涉及刀具切削的環(huán)節(jié)，且以切削方向的差異為依據(jù)，鋁合金材料會發(fā)生變形和牽制相鄰里層的效果，鋁合金材料的表層會發(fā)生殘余拉應力，而鋁合金材料里層則會產(chǎn)生殘余壓應力，在兩者的綜合作用下，材料發(fā)生變形。對此，在鋁合金材料機械加工的過程中，應當強化對該特點的把控，促進鋁合金材料加工質(zhì)量的提升。

1.2.2殘余拉應力

在切削操作的過程中，摩擦阻力會對被加工材料塑性產(chǎn)生影響。切屑加工時，鋁合金材料表面產(chǎn)生大量熱量，導致材料膨脹，若鋁合金材料里層溫度較低，被加工表層受熱發(fā)生膨脹，則會導致金屬表層出現(xiàn)熱應力現(xiàn)象，若熱應力超出鋁合金材料本身的屈服極限，則會導致鋁合金材料出現(xiàn)壓縮塑性性的變形問題。在切削操作完成之后，鋁合金零部件表面溫度會呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，且體積會隨之不斷縮小，進而導致金屬表面拉應力的形成，此時里層亦會殘留一定的拉應力，進而導致鋁合金零部件出現(xiàn)變形的問題。

1.2.3切削熱

在刀具操作的影響下，被切削的金屬會出現(xiàn)彈性，產(chǎn)生一定塑性變形，這即是切削熱主要來源，切屑與前刀面間的摩擦會產(chǎn)生熱量。一般而言，影響切削溫度的因素主要包括切削用量、刀具幾何角度以及刀具磨損三個方面。

切削用量。一方面指切削速度對切削溫度的影響，若切削的速度處于持續(xù)性上升狀態(tài)，切削的溫度也會隨之提升。另一方面，加工時吃刀量的變化也會產(chǎn)生熱量，從而改變加工材料區(qū)域的散熱面積，進而影響切削溫度。

刀具幾何角度。主要是指刀具前角若不斷增大，切削溫度也會素質(zhì)降低，主要原因在于前角的增加，單位切削力有所降低，進而達到降低切削熱的效果。若刀具前角在25到30度之間，則不會對切削溫度產(chǎn)生不良影響，主要原因在于刀具前角減少，散熱體積會降低，主偏角減少，切削寬度增加，切削減小之后，切削溫度也會隨之降低。此外，若刀尖圓弧半徑在0到0.5毫米之間，也不會對切削溫度產(chǎn)生不良影響，主要原因在于刀尖弧度半徑增加，塑性變形增大，刀具散熱效果被改善，熱量傳出量增加，兩者間的平衡，保障了切削溫度的穩(wěn)定性。

刀具磨損，當?shù)毒吣p值達到特定范圍時，將會對切削的溫度產(chǎn)生影響，切削速度越快，刀具磨損越加劇，所產(chǎn)生的影響會更大。

二、鋁合金材料機械的加工工藝設(shè)計

（一）粗加工

在鋁合金材料的加工過程中，一般側(cè)重于從提升鋁合金材料可靠性和穩(wěn)定性的角度出發(fā)，對基準進行準確把控。由于鋁合金材料加工時對加工的效率和精度的精準控制具有較高的難度，因此，在優(yōu)化鋁合金材料加工的工程中，設(shè)計人員應當強化對鋁合金材料特點的把控，針對于粗加工階段，以保障鋁合金材料的材料基本性能與加工精度和尺寸為出發(fā)點，選用適應性更高的加工工藝。若零件存在特殊形狀要求，設(shè)計人員應當綜合冷卻潤滑、刀具吃刀量以及加工進給量等方面的考量，在保證被加工材料力學性能的同時改善加工區(qū)域積熱情況、保障加工進度。

（二）精加工

在鋁合金材料的加工過程中，設(shè)計人員應當對被加工零件的實際預加工情況進行把控，若材料已經(jīng)經(jīng)過粗加工處理，可以適當減少精加工工作量，通過選用高精度加工的方式，提升零件加工精精度。此外，精加工時產(chǎn)生的切削熱會對加工誤差產(chǎn)生不利影響，尤其是鋁合金材料熔點較低，高溫狀態(tài)下極易發(fā)生變形。設(shè)計人員在優(yōu)化精加工工藝的過程中，應當強化對加工過程溫度的把控，從而降低切削誤差問題發(fā)生的可能性，進而達到保證加工零件外形尺寸和精度的目標

（三）冷熱處理

在鋁合金材料加工的過程中，熱處理需要借助再結(jié)晶退火和人工時效等方面進行處理。若被加工零件較為簡單，加工流程為：先粗加工，再熱處理，最后精加工。若需要加工的零件較為復雜，加工流程為：先粗加工、熱處理半精加工，之后再進行熱處理，最后精加工。在優(yōu)化鋁合金材料加工工藝的過程中，設(shè)計人員應當對零件所需的力學性能進行分析，并以此為依據(jù)對加工工藝進行選擇與設(shè)計。若鋁合金材料對加工進度和受力情況有較高的要求，則應當先實施精加工，之后再進行熱處理，降低零部件加工完成后由于殘留應力導致的局部集中，提升零部件整體力學性能。同時，借助冷處理還能有效改善鋁合金材料內(nèi)部原子間組織結(jié)構(gòu)，達到提高尺寸穩(wěn)定性的目標。

（四）加工刀具

鋁合金材料具有熔點較低、導熱系數(shù)較高的特點，在切削的過程中易產(chǎn)生和傳導較多熱量，在切削過程中，會出現(xiàn)材料溫度快速提高的現(xiàn)象。由此，在優(yōu)化鋁合金材料加工工藝的過程中，設(shè)計人員應當強化對刀具設(shè)計與選擇的把控，降低刀具表面的粗糙性，降低切削力。此外，在鋁合金材料加工的過程中，應當避免使用以氧化鋁基為主要材料的陶瓷刀具，主要原因在于被加工的鋁合金材料會因為受熱氧化而生成氧化鋁，從而與刀具材料出現(xiàn)一致性特征，同性質(zhì)的材料接觸會出現(xiàn)相互吸引的情況，會導致切削摩擦力的增加，導致刀具磨損加劇，被加工材料表面精度以及整體加工精度失控。對此，在刀具選擇方面，設(shè)計人員應當以加工需求和鋁合金材料特點為出發(fā)點。

結(jié)束語：

綜上所述，鋁合金材料在加工過程中易受到多種因素影響，設(shè)計人員在優(yōu)化選擇加工工藝的過程中，應以鋁合金材料基本力學化學熱力學性質(zhì)為出發(fā)點，優(yōu)化粗加工、精加工、冷熱處理、加工刀具選擇等幾方面，改善鋁合金材料加工工藝，提升加工工藝的科學性與合理性，在優(yōu)化加工中鋁合金材料損耗率的同時為被加工零件的力學性能、零件外形尺寸和精度提供更有效的基礎(chǔ)保障。

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