鋁合金大直徑軸類薄壁零件加工工藝方案

陳亮 袁芬芬 陳?，?/p>

摘 要：本文通過對典型鋁合金大直徑軸類薄壁零件的加工工藝研究，針對零件加工的相關(guān)質(zhì)量制約因素，采取了一系列的解決方案，從而歸納出可借鑒的加工工藝方案。

關(guān)鍵詞：鋁合金大直徑軸類薄壁零件;加工變形;殘余應(yīng)力;裝夾變形和回彈

中圖分類號：TG306 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金大直徑軸類薄壁零件加工時(shí)裝夾難度高，加工后變形大，直接影響到零件的使用性能。

1 問題描述

零件材料為2A12-H112。在機(jī)械加工完成后，出現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

①零件車削完成后，零件變形，造成φ289+0.2+0.1，φ2850-0.1尺寸超差。②零件加工完成后扭曲，零件平面度差，造成φ231+0.6+0.05，φ248-0.1-0.6。③零件表面粗度差，夾緊時(shí)易夾傷。

2 加工工藝分析

2.1 加工路線

粗車內(nèi)孔-半精車內(nèi)孔及外圓-精車內(nèi)外孔及厚度-線切割加工槽-數(shù)銑臺階及加工孔。

2.2 加工工序分析

（1）普車工序。在半精車及精車加工規(guī)程中，因車削的余量大，零件為薄壁件，加工完成后產(chǎn)生大量應(yīng)力，應(yīng)力釋放后引起零件變形。零件中φ289+0.2+0.1，φ2850-0.1公差較小，當(dāng)變形量大于尺寸公差時(shí)，尺寸超差。

零件尺寸大，使用硬質(zhì)合金車刀加工時(shí)刀具阻力大，粘刀尖，零件產(chǎn)生熱量大，零件表面有積屑瘤，表面粗糙度減低。

零件尺寸加大，卡盤正爪夾不住，采用反爪裝配。反爪上墊銅片夾緊。爪子夾得過緊，零件變形;夾松零件夾不住。零件與爪子的夾緊部位變形大，尺寸偏小。

（2）線切割工序。線切割割槽對零件影響較小。

（3）數(shù)銑工序。零件數(shù)銑開槽后，零件發(fā)生應(yīng)力變形，切槽端面尺寸變小，原車工加工面的尺寸變大。該加工變形由銑削加工開槽時(shí)應(yīng)力變形造成，退火去應(yīng)力并不能將其內(nèi)部應(yīng)力變形消除，零件端面發(fā)生了拱起現(xiàn)象。精銑預(yù)留1 mm余量加工，并不能將前工序拱起面加工掉。同時(shí)加工一端面會產(chǎn)生應(yīng)力變形，會使另一端面的尺寸發(fā)生變化。通過數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)該零件的應(yīng)力變形量為0.45 mm。

該零件材料為鋁合金，零件尺寸較大，壁厚較薄，在銑削加工時(shí)，產(chǎn)生了應(yīng)力，使零件變形。

2.3 工藝性分析

鋁合金具有密度低，強(qiáng)度較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。但是鋁合金材料在加工后容易變形的，直接影響到零件的使用性能。

鋁合金硬鋁板料在軋制后表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，而心部呈拉應(yīng)力狀態(tài)。如對板料進(jìn)行表面切削加工，由于板料表面的拉應(yīng)力的變化，則可能引起零件翹曲。

因此造成零件加工變形的主要因素是鋁合金材料加工產(chǎn)生的應(yīng)力。

2.4 總結(jié)

通過以上分析，總結(jié)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

①車工需合理安排加工步驟和加工余量。②鉆孔、割槽后零件尺寸變化小。③銑齒后零件變化量較大，造成尺寸超差。④去應(yīng)力退火后零件變形不能恢復(fù)。

3 制定對策

對策1：將車工分為粗車、半精車、精車;合理安排加工余量;研究制作專用車工刀具;調(diào)整裝夾方式。

對策2：先將槽割開，待數(shù)銑加工鉆孔。

對策3：數(shù)銑前內(nèi)外圓預(yù)留余量;數(shù)銑分多步驟，先將臺階銑開，再銑內(nèi)外圓尺寸;研究制作專用銑工夾具，減少裝夾對零件影響。

對策4：普車及數(shù)銑工序間增加人工時(shí)效去應(yīng)力退火。

4 對策實(shí)施

對策1：①粗精車時(shí)，合理安排切削余量。當(dāng)車削余量較大時(shí)，零件加工產(chǎn)生大量的切削熱，熱量越大零件變形越大。加工時(shí)可以分多步車削，精車前預(yù)留1 mm余量，再精車至尺寸。采取低轉(zhuǎn)速、低走刀量方式，車刀噴注切削液。②針對零件中間切削余量最大的孔，采用端面挖槽的方法直接從端面將中間的余量兩次掏下來，這樣節(jié)約了時(shí)間，零件加工產(chǎn)生熱量也會降低。③采用白剛刀取代硬質(zhì)合金刀加工。白鋼刀加工中刀具阻力較小，不易產(chǎn)生切削熱和積屑瘤現(xiàn)象。④制作雙面刃車刀，既能加工外圓又能車內(nèi)孔，減少換刀次數(shù)，提高車削加工精度。

⑤在反爪上焊接一根銅棒，銅棒的直徑為60 mm，增加夾緊部位與零件接觸面，減少零件受夾緊的變形量。

對策2：①數(shù)銑前預(yù)留足夠余量，精銑加工形成尺寸，通過銑削加工消除零件變形。②數(shù)銑銑臺階先將圓銑開，再加工臺階內(nèi)外圓，先讓零件充分應(yīng)力變形，控制零件平面度。③根據(jù)以上數(shù)據(jù)變形趨勢，安排合適刀具補(bǔ)償，保證零件尺寸公差。

制作數(shù)銑工裝將零件提高零件壓緊定位準(zhǔn)確性，防止零件夾傷。

對策3：普車及數(shù)銑工序間增加人工時(shí)效去應(yīng)力退火。

5 效果驗(yàn)證

改進(jìn)后零件加工尺寸穩(wěn)定，零件質(zhì)量高，工藝性較好，提升了零件加工效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

6 結(jié)論

鋁合金零件加工變形產(chǎn)生原因：毛坯殘余應(yīng)力的釋放、切削熱與切削力引起的變形、工件的裝夾變形和回彈

鋁合金軸類薄壁零件，先粗去余量，然后熱處理去應(yīng)力后，再精加工。夾緊零件的時(shí)候，需要注意盡量選取壁厚的部位，避免因夾緊力與支撐力的作用點(diǎn)選擇不當(dāng)，會引起附加應(yīng)力。工藝路線可以是：粗加工→熱處理→半精加工→熱處理→精加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]有色金屬工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編輕金屬[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[2]王秋成.航空鋁合金殘余應(yīng)力消除評估技術(shù)研究[M].2003.

[3]王秋成，何映林.航空高強(qiáng)度鋁合金殘余應(yīng)力的抑制劑消除[M].2002.

[4]王立濤，何映林，黃志剛，等.航空結(jié)構(gòu)件銑削殘余應(yīng)力分布規(guī)律的研究[M].2003.

[5]李鵬.解決鋁合金加工變形的方法[M].2008.

[6]機(jī)械加工工藝手冊[M].北京出版社，1990.