鋁合金零件加工變形的解決方法

陳亮

摘要：本文介紹了鋁合金機(jī)械加工變形原因，提出了解決鋁合金零件加工變形的方法。以作者的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)介紹了這些方法在實(shí)際機(jī)械加工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋁合金;加工變形;殘余應(yīng)力;切削熱;切削力;裝夾變形和回彈

0? 引言

在機(jī)械加工中，影響鋁合金零件變形主要有三個(gè)因素：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。要解決鋁合金加工變形問(wèn)題，必須針對(duì)以上各個(gè)因素制定相應(yīng)的加工方法，安排合適的加工工藝方案。

1? 鋁合金加工變形的解決方法

1.1 鋁合金加工變形的解決方法

1.1.1 利用先進(jìn)的加工技術(shù)解決鋁合金的加工變形

先進(jìn)的加工技術(shù)比傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，更能有效地解決了零件加工過(guò)程切削力、切削熱和工件的裝夾變形和回彈的問(wèn)題。以下列舉了幾種先進(jìn)的加工技術(shù)。

①高速切削技術(shù)。②電流變（ER）技術(shù)。③激光加工技術(shù)。④水射流加工技術(shù)。⑤超聲波加工技術(shù)。⑥離子束加工技術(shù)。⑦等離子加工技術(shù)。⑧線切割加工技術(shù)。

1.1.2 利用切削刀具解決鋁合金的加工變形

與黑色金屬相比，鋁合金材料在切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力較小，可以采用較大的切削速度，但容易粘刀、形成積屑瘤，鋁合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，切削時(shí)由切屑和零件導(dǎo)出的熱量較多，切削區(qū)溫度較低，所以刀具耐用度較高，但零件本身溫升較快，容易引起變形。因此，選用合適的刀具材料，在刀具材料的基礎(chǔ)上選用合適的刀具角度，并提高刀具表面的粗糙度要求，對(duì)降低切削力和切削熱十分有效。

1.1.3 利用熱處理解決相合金的加工變形

消除鋁合金材料加工應(yīng)力的熱處理方法主要有去應(yīng)力退火、再結(jié)品退火、均勻化退火時(shí)效。

1.1.4 利用冷處理解決鋁合金的加工變形

解決鋁合金加工變形的冷處理方法只要有振動(dòng)時(shí)效和人工冷校形。由于冷處理方法節(jié)能、生產(chǎn)周期復(fù)、生產(chǎn)費(fèi)用低，所以在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用較多。

1.2 機(jī)械加工中應(yīng)用實(shí)例

1.2.1 鋁合金硬鋁板材

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(duì)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。對(duì)于設(shè)計(jì)精度要求不高的零件（例如墊板、支撐板），也可采用不需加熱處理的簡(jiǎn)單方法。即在板料加工余量一定的情況下，采用上下平面去除余量均等的原則，在上平面去除δ厚度的余量，然后翻面重新裝夾，去除另一面δ厚度的余量，加工時(shí)采用粗加工去除較大的余量，然后梯次減小的原則。在加工余量一定的情況下，每次加工的余量越小，反轉(zhuǎn)的次數(shù)越多，則工件加工后變形越小， 在加工過(guò)程中如果利用切削液進(jìn)行冷卻，粗加工后進(jìn)行自然時(shí)效，再進(jìn)行精加工能有效控制變形。

例1：零件為鋁型材補(bǔ)充加工而成。由于零件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，切削的余量較大，較易產(chǎn)生零件變形。（零件圖見(jiàn)圖1）

①在銑削加工時(shí)：加工槽深，保證6。因?yàn)椴鄣纳疃容^高，應(yīng)該分多次銑削，去除余量。銑削的時(shí)候也要注意銑削刀具的走刀方向，減少零件的變形。零件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，零件鐵削分3段。每層銑削后進(jìn)行自然時(shí)效，每次銑削厚度的進(jìn)給量應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小。②銑兩端缺口保證2613、44、 95°及24.8，鉆孔。③自然時(shí)效。④銑24缺口，鉆孔。

例2：該零件原材料為板材，數(shù)銑加工內(nèi)腔去除余量大，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力釋放后使板材產(chǎn)生翹曲。（零件圖見(jiàn)圖2）

解決方案：

①增加原材料厚度，加工厚度面修正變形量，保證平面度;②將數(shù)銑內(nèi)容分為相銑、 半精銑和精銑，分布加工減少產(chǎn)生的應(yīng)力，每個(gè)步驟間增加去應(yīng)力退火工序，控制變形;③粗銑零件時(shí)反面增加去應(yīng)力槽，使零件內(nèi)應(yīng)力充分釋放，再進(jìn)行半精加工去余量（半精銑每個(gè)加工面預(yù)留加工余量1m），最后精銑至圖示尺寸;④粗銑采用拼裝夾具夾緊， 半精銑去除應(yīng)力槽后采用壓板壓緊，精銑也采用壓板壓緊。

1.2.2 鋁合金長(zhǎng)軸類(lèi)零件

鋁合金長(zhǎng)軸類(lèi)零件，先粗去余量，自然時(shí)效48小時(shí)后（加工余量大自然時(shí)效時(shí)間更長(zhǎng)）再精加工。采用一夾一頂裝夾零件，粗加工后去除頂尖孔，精車(chē)重新制頂尖孔后再加工。需要注意粗加工盡量去除加工余量，讓零件釋放內(nèi)應(yīng)力，減少殘存應(yīng)力對(duì)精加工的影響。加工路線：粗加工——自然時(shí)效——半精加工——自然時(shí)效——精加工。

例3：零件分析：（零件圖見(jiàn)圖3）

①零件下料方式不當(dāng)：產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，原材料彎曲。②車(chē)加工中的變形：該零件結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)軸，采用一頂一夾加工，零件和車(chē)刀晃動(dòng)大，造成零件變形。③零件加工后的變形：半成品零件存在較多的內(nèi)應(yīng)力，未能及時(shí)消除，造成零件變形。

解決方案：

①明確下料方式，使用鋸床下料，這種方式可以有效的避免下料變形。

②具體加工路線如下：

工步1粗車(chē)：鉆頂尖孔，一夾？準(zhǔn)18一頂車(chē)一半外圓由？準(zhǔn)18至？準(zhǔn)14;調(diào)頭鉆頂尖孔，一夾？準(zhǔn)14一頂車(chē)另一半外圓由？準(zhǔn)18至？準(zhǔn)12;將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時(shí)效48小時(shí)以上，讓零件內(nèi)應(yīng)力釋放。

工步2半精車(chē)：車(chē)掉上工步頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準(zhǔn)12一頂車(chē)一半外圓由？準(zhǔn)14至？準(zhǔn)12.4;調(diào)頭車(chē)掉原來(lái)頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準(zhǔn)12.4一頂車(chē)一半外圓由？準(zhǔn)12至？準(zhǔn)10.4; 將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時(shí)效24 小時(shí)以上，讓零件內(nèi)應(yīng)力釋放。

工步3精車(chē)：車(chē)掉原來(lái)頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準(zhǔn)10.4一頂車(chē)一端外圓由？準(zhǔn)12. 4至？準(zhǔn)12;調(diào)頭車(chē)掉原來(lái)頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準(zhǔn)12一頂車(chē)一半外圓由？準(zhǔn)10.4至？準(zhǔn)10;將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時(shí)效24小時(shí)以上，讓零件內(nèi)應(yīng)力釋放。

工步4：精車(chē)加工兩端螺紋孔。

2? 結(jié)論

本文解釋了鋁合金的鋁合金零件加工變形產(chǎn)生原因，介紹了解決鋁合金機(jī)械加工變形的方法，并針對(duì)零件機(jī)械加工實(shí)例提出了相應(yīng)的方法，為后續(xù)生產(chǎn)加工鋁合金零件提供切實(shí)可靠的的依據(jù)和指導(dǎo)。

鋁合金機(jī)械加工變形與鋁合金零件加工的質(zhì)量有緊密的聯(lián)系，如何更好的控制鋁合金加工變形，減少零件內(nèi)的殘余應(yīng)力，一直受到國(guó)際上重視。

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