基于鋁合金薄壁零件的機(jī)械加工工藝分析

杜娜娜

（開封技師學(xué)院，河南 開封 475000）

一、鋁合金的性能和工藝特點(diǎn)

薄壁零件鋁合金薄壁零件是當(dāng)今常用的加工工藝。由于這類零件的性能和工藝特點(diǎn)比較特殊，在實(shí)際加工過程中，加工人員需要特別注意。鋁合金材料本身具有很強(qiáng)的塑性和韌性，同時(shí)也具有很強(qiáng)的附著力，因此很難將其碎片分離出來(lái)。加工人員開始切削作業(yè)時(shí)，切屑容易粘在刀片上，容易產(chǎn)生刀瘤，嚴(yán)重影響后續(xù)工作。鋁合金薄壁工程零件的加工剛度相對(duì)較差。在實(shí)際生產(chǎn)中，有必要不斷加強(qiáng)薄壁零件實(shí)力的質(zhì)量控制。由于過度使用強(qiáng)度，鋁合金的薄壁零件容易變形，滿足質(zhì)量要求的零件無(wú)法加工。切割時(shí)，必須有效控制切割工具的使用。在切割過程中，可能會(huì)產(chǎn)生晶體顆粒，然后晶體原子會(huì)發(fā)生位移，導(dǎo)致材料塑性變形，無(wú)法恢復(fù)。這種材料加工后不能滿足實(shí)際要求。鋁的線膨脹系數(shù)通常為0.0000238，剛度為0.00001。與這種材料相比，很明顯鋁的線膨脹系數(shù)相對(duì)較大。因此，在切割操作過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致零件變形。鋁合金零件缺乏硬度，在加工過程中容易劃傷加工表面。因此，使用鋁合金薄壁零件，很難滿足零件表面粗糙度的實(shí)際要求，加工人員需要掌握加工設(shè)備的控制，提高加工水平。加工人員通常使用數(shù)控機(jī)床加工鋁合金薄壁零件，有些零件厚度比較薄，實(shí)際加工時(shí)要多加注意，否則切割面容易振動(dòng)，不利于控制零件的厚度和尺寸，零件表面的粗糙度也會(huì)增加。

二、薄壁鋁合金刀具零件材料加工的技術(shù)難點(diǎn)

（一）整體剛度不足

這種新型鋁合金具有很強(qiáng)的整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)韌性和抗彎能力，這也直接說明這種鋁合金的整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)剛度不足。在薄壁鋁合金或薄壁金屬零件的封裝過程中，如果加工壓力過高，薄壁零件可能會(huì)直接變形。在工件薄壁加工過程中，被加工刀具容易出現(xiàn)一些不良切削問題，如過度拉伸、斷裂、擠壓損傷刀具表面等。容易松動(dòng)導(dǎo)致薄壁切削刀具位移和松動(dòng)刀具內(nèi)部運(yùn)動(dòng)幅度過大，往往直接影響導(dǎo)致使用鋁合金材料工件進(jìn)行薄壁切削加工后的刀具嚴(yán)重松動(dòng)損壞，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。

（二）熱化學(xué)物理膨脹和材料斷裂

熱變形后的應(yīng)力膨脹問題與一般硬不銹鋼等其他金屬制品材料相比，鋁合金的熱化學(xué)膨脹物理收縮膨脹反應(yīng)熱能的變形應(yīng)變率和應(yīng)力膨脹系數(shù)通常大約是一般的高剛性不銹鋼和鋁合金材料的2.4 倍左右，因此在鋁合金材料加工廠和合金操作工藝人員在加工過程中會(huì)直接使用產(chǎn)生很大的熱化學(xué)物理膨脹反應(yīng)熱能，容易導(dǎo)致一些剛性鋁合金零件發(fā)生熱化學(xué)膨脹和斷裂變形。

（三）硬度不足

在工業(yè)加工過程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到零件容易劃傷的外觀問題，導(dǎo)致薄壁鋁合金或薄壁塑料件表面缺乏自然光澤度，達(dá)不到工業(yè)設(shè)備的加工工藝標(biāo)準(zhǔn)。除了日常使用和操作中的問題，這個(gè)質(zhì)量問題也是由引起的如果數(shù)控車床的薄壁加工和切削技術(shù)人員不當(dāng)使用各種現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)行薄壁加工和切削操作，由于車床金屬板本身具有一定的橫向可動(dòng)性和彈性，在車床加工和薄壁切削時(shí)，很容易受到金屬內(nèi)應(yīng)力相互作用的直接影響，容易導(dǎo)致各種薄壁切削材料和零件面板振動(dòng)大等不利問題。這樣，數(shù)控機(jī)床就不能有效、準(zhǔn)確、及時(shí)地控制各種薄壁切削材料的加工厚度和尺寸，從而大大增加了各種新型鋁合金薄壁切削材料的切削力和車床零件的表面粗糙度。

三、薄壁工件的質(zhì)量誤差影響因素

加工中的精度誤差是指在一定的理想加工條件下，加工出的薄壁尺寸與零件整體形狀和設(shè)定的精度要求之間的精度誤差。由于傳統(tǒng)加工過程中刀具的不同，材料零件的加工精度也不同。因此，在零件加工的整個(gè)過程中，需要掌握各種類型材料零件的加工尺寸精度，以避免加工精度出現(xiàn)較大誤差，有效降低傳統(tǒng)加工刀具對(duì)各種薄壁材料零件加工質(zhì)量的直接影響。影響薄壁零件焊接工藝精度的主要因素可以是：機(jī)床的加工幾何精度和零件剛度、刀具的整體形狀、零件變形器的特性和零件的整體形狀。目前，薄壁鋁零件的焊接經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種變形效應(yīng)。主要誘發(fā)原因一般可以體現(xiàn)在這些主要方面，即：鋼板在焊接生產(chǎn)過程中的變形影響。目前大多數(shù)薄壁件只能直接用鋁鋼板焊接。在一些大型厚壁聚合鋁板中，由于一些鋼板涂層焊接的內(nèi)應(yīng)力沒有及時(shí)消除，這些鋼板焊接中的應(yīng)力在我們后續(xù)的薄板零件制造和生產(chǎn)中得到了及時(shí)充分的釋放，最終可能會(huì)直接導(dǎo)致厚壁薄板的各種結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化。在裝夾和運(yùn)輸零件的過程中，一旦不小心出現(xiàn)各種操作錯(cuò)誤，被加工零件就會(huì)變形，因?yàn)榱慵募庸げ僮魍枰獙?duì)每個(gè)被加工零件進(jìn)行多次裝夾操作，但有些操作人員在這個(gè)加工環(huán)節(jié)中沒有正確采用合適的零件裝夾操作技術(shù)，導(dǎo)致多個(gè)零件變形。

四、優(yōu)化鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件的制造工藝的措施

（一）明確鋁合金結(jié)構(gòu)材料的基本特點(diǎn)和我國(guó)合金加工工藝的基準(zhǔn)特點(diǎn)

為了正確、快速地獲得能夠滿足鋁合金加工工藝要求的鋁合金零件，需要充分了解鋁合金加工材料相關(guān)零件的各種應(yīng)用加工環(huán)節(jié)和性能特點(diǎn)，利用鋁合金加工材料的各種性能特點(diǎn)，保證零件加工材料相關(guān)的后續(xù)工作能夠更好地持續(xù)開展。加工設(shè)計(jì)人員以塑料和鋁合金加工材料的一些特性作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以便自己更好地選擇合適的塑料加工機(jī)械設(shè)備。機(jī)械加工從業(yè)者通常需要充分掌握各種鋁合金金屬材料的實(shí)際加工情況。如果加工過程中突然出現(xiàn)一些問題，專業(yè)的機(jī)械加工從業(yè)人員也能從容應(yīng)對(duì)。例如，變形的刀瘤可能在實(shí)際的機(jī)械切割操作中出現(xiàn)，或者這些零件在使用機(jī)械加工時(shí)會(huì)輕微變形。此外，還有一些特殊情況可能會(huì)直接劃傷物體表面，引起熱膨脹和變形。因此，實(shí)際上，在進(jìn)行材料加工的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確定一個(gè)好的材料加工基準(zhǔn)。在為加工條件定義了基準(zhǔn)之后，我們首先需要選擇的加工基準(zhǔn)條件之一就是加工基準(zhǔn)體的面積比較大，并且必須能夠具有良好的整體材料加工光滑度和整體加工光滑度，這樣才能獲得一個(gè)可以直接加工的加工基準(zhǔn)，使其加工過程更加順暢。如果在一個(gè)基準(zhǔn)夾具的操作過程中，該夾具的面板上僅局部出現(xiàn)一些輕微凸起的部分，如常見的圓形三角形飛邊、毛刺等。就要及時(shí)將它們?nèi)壳逑锤蓛簦@樣才能更有利于使用加工機(jī)床的操作人員進(jìn)行準(zhǔn)確的加工定位，讓他們的操作人員直接將夾具夾緊得更緊。機(jī)械加工操作人員在實(shí)際機(jī)械施工操作中，要時(shí)刻充分注意機(jī)械零件的工作穩(wěn)定性和準(zhǔn)確的工作定位，時(shí)刻注意保持夾緊狀態(tài)。

（二）明確精細(xì)加工的標(biāo)準(zhǔn)

通過精細(xì)加工的生產(chǎn)模式，每個(gè)零件的外觀尺寸和加工粗糙度完全可以達(dá)到相關(guān)的國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際加工過程中，需要充分考慮各種鋁合金金屬材料的熱特性，采用高溫低精度的材料進(jìn)行加工。通常，在這種情況下，加工從業(yè)者可以直接使用觸摸數(shù)字顯示器和數(shù)控鏜床以及加工數(shù)控中心等。在精加工過程中，應(yīng)盡量選擇運(yùn)動(dòng)速度高的加工設(shè)備，既能有效強(qiáng)化各種鋁合金金屬材料的加工余量，又能充分利用粗刀桿拉動(dòng)刀具，以滿足精加工刀具的運(yùn)動(dòng)剛度，以免因刀具在工作時(shí)產(chǎn)生過大的振動(dòng)而影響和達(dá)到其他加工的工作精度。工人在夾緊定位工件時(shí)，主要依據(jù)是確定夾緊工件的次數(shù)，最好是一次成型定位工件。如果工件的夾緊能力大大降低，可能容易增加各種定位誤差大的問題。通常切割溫度比較高，需要我們及時(shí)采取有效的隔熱措施，將切割產(chǎn)生的多余熱量散發(fā)出去。在這個(gè)加工過程中，我們需要特別注意掌握鋁合金的整體熔點(diǎn)，相對(duì)較低，在合金切削過程中容易熔化半導(dǎo)體。因此，加工操作人員通常需要隨時(shí)掌握合金切削的運(yùn)動(dòng)速度。使用的切割速度不應(yīng)太快。如果太快，可能會(huì)直接發(fā)生大量的熱切割和研磨，這些切割產(chǎn)生的多余熱量無(wú)法及時(shí)消除。零件切削強(qiáng)度良好的工作環(huán)境要求零件具有一定的機(jī)械潤(rùn)滑性和耐熱性以及冷卻性，并能通過合金加工輔助機(jī)以較好的速度工作，避免在各種高溫的影響下降低合金加工機(jī)械零件的切削強(qiáng)度，導(dǎo)致各種鋁合金加工零件切削不均勻。良好的機(jī)械潤(rùn)滑劑使其具有良好的機(jī)械冷卻性能，并且其黏度不高，因此可以直接有效地大幅度降低刀具的熱耗，加強(qiáng)刀具的機(jī)械潤(rùn)滑，最大限度地解決刀具的切削變形率問題。

（三）選擇合理的夾體運(yùn)動(dòng)

及時(shí)加工零件之前，需要確定各種薄壁材料零件的加工基準(zhǔn)。粗加工零件后，薄壁材料零件一般有兩種加工類型，即彎曲波雙面加工面和彎曲鼓形加工面。為了更好、更準(zhǔn)確地滿足不同薄壁材料零件對(duì)制定各種加工工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求，為及時(shí)加工提供基礎(chǔ)支撐。在每個(gè)零件的底部?jī)蓚?cè)增加一個(gè)自動(dòng)可調(diào)的夾緊螺釘，利用連接螺釘夾緊每個(gè)零件的底部，以保持良好的夾緊力，保證零件夾緊程度和強(qiáng)度的穩(wěn)定和平衡，有效防止各種薄壁塑料零件在加工操作環(huán)節(jié)根據(jù)用戶設(shè)定的工序要求發(fā)生松動(dòng)變形和斷裂，從而有效提高各種機(jī)加工產(chǎn)品的質(zhì)量，保證各種薄壁塑料件能夠正常加工投入使用。

（四）加工過程中刀具的選擇

合理安排和選擇薄壁刀具，根據(jù)薄壁刀具的各種幾何不變形狀和切削參數(shù)，合理安排薄壁加工的切削任務(wù)，重視薄壁加工各環(huán)節(jié)的切削徑向力和切削力，重視各種薄壁加工零件的幾何變形切削。根據(jù)刀具的切削形狀及其切削面的變形，確定刀具后傾角的切削尺寸。刀具后傾角一旦過大，各切削環(huán)節(jié)的機(jī)械摩擦力矩就會(huì)由大變小，因此需要合理選擇和確定刀具后傾角的切削尺寸。切削參數(shù)將直接影響薄壁的切削力。薄壁粗加工時(shí)，嚴(yán)格控制切削進(jìn)給量，采用切削質(zhì)量高的自動(dòng)切削變形技術(shù)，關(guān)注各薄壁機(jī)械零件切削變形的變化，有效、準(zhǔn)確地監(jiān)控薄壁加工全過程。根據(jù)各種薄壁加工件的性能、變形和質(zhì)量，及時(shí)設(shè)計(jì)和優(yōu)化各種加工潤(rùn)滑方案，充分意識(shí)到機(jī)械潤(rùn)滑劑的作用。例如，在機(jī)械切削過程中，作業(yè)管理人員根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，先后削減了被加工零件薄壁表面的機(jī)械摩擦損傷。這種切削工藝可以減少機(jī)械切削過程中加工零件薄壁表面的摩擦損傷，從而大大提高薄壁加工零件的加工潤(rùn)滑性能。了解薄壁切削過程中的薄壁汽化加熱現(xiàn)象，可以保證切削薄壁材料零件與刀具之間良好的流動(dòng)接觸，及時(shí)準(zhǔn)確地了解薄壁切削過程中薄壁材料零件與刀具之間的部分接觸熱，并關(guān)注切削能量分散損失的最大程度，從而提高刀具在薄壁切削中的速度精度，及時(shí)提高薄壁材料零件的切削加工質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)新型工程機(jī)械塑料加工設(shè)備行業(yè)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，要有效提高新型塑料薄壁件和鋁合金主要結(jié)構(gòu)件的加工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量，首先必須對(duì)薄壁厚壁件的加工設(shè)計(jì)和加工過程中的一些技術(shù)難點(diǎn)有深刻正確的認(rèn)識(shí)。解決使用鋁合金的各類薄壁硬金屬加工件生產(chǎn)中的工藝變形加工精度控制問題，要求生產(chǎn)加工專業(yè)技術(shù)人員必須具備熟練的生產(chǎn)加工操作技術(shù)和相關(guān)加工專業(yè)技能，不斷加強(qiáng)加工件生產(chǎn)中的變形控制，從而有效提高使用鋁合金的各類薄壁硬金屬加工件生產(chǎn)加工中的變形控制精度。