鋁合金材料加工成形技術(shù)要點(diǎn)分析

邊明勇

（新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

由于鋁合金材料密度相對(duì)較低，導(dǎo)熱性、抗蝕性以及導(dǎo)電性等性能較好，已經(jīng)在航空、醫(yī)療、高鐵、汽車等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于鋁合金材料有著較大的膨脹系數(shù)，在進(jìn)行加工的過程之中怎樣有效控制變形是當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的難題。

1 鋁合金零件加工時(shí)變形現(xiàn)象分析

1.1 鋁合金零件的基本特點(diǎn)

相比于其余材料，鋁合金零件的重量相對(duì)較輕，且整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，無疑有著更強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本次研究選擇了鋁合金材料中薄壁鋁合金零件，其剛性相對(duì)較差，加之強(qiáng)度較低，在進(jìn)行加工時(shí)工藝性能較差，特別是在進(jìn)行切削加工時(shí)有著較大的概率出現(xiàn)翹曲變形現(xiàn)象。在傳統(tǒng)銑削加工中，因?yàn)橛兄欢ǖ臒嶙冃瘟皟?nèi)部應(yīng)力，會(huì)讓鋁合金零件出現(xiàn)彈性形變進(jìn)行引發(fā)扭曲情況，通過這樣的方式所生成的零件和既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)，產(chǎn)品合格率較低。針對(duì)這一問題，應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)牡毒?、切削液、夾具以及銑削方式，并對(duì)熱量及應(yīng)力變形這類因素進(jìn)行控制，這樣才能夠有效降低變形概率，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 具體鋁合金零件分析

本次研究主要是將某一導(dǎo)熱框架作為對(duì)象，其零件材料是LF6-R，為了保證該框架在工作過程中能夠具備優(yōu)秀的散熱性能，將其兩側(cè)薄壁尺寸設(shè)置為0.75mm，內(nèi)框厚度設(shè)置為1.25mm，且在框架各個(gè)面都有著較高的公差精度。在傳統(tǒng)加工方式中，主要是在立加設(shè)備內(nèi)通過鍵槽銑刀來對(duì)鋁合金零件進(jìn)行加工，一般而言有著粗加工以及精加工這兩種模式。本次實(shí)驗(yàn)有著較高的加工精度要求，如若應(yīng)用傳統(tǒng)的加工方式，那么在使用刀具進(jìn)行切削時(shí)極易產(chǎn)生積削瘤，讓切削難度直線上升，使得加工而成的槽壁在精度方面不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且會(huì)在薄壁位置產(chǎn)生扭曲變形情況，其中的夾緊力過大，降低平面厚度的尺寸精度，讓成品不滿足工藝要求。

1.3 變形成因

鋁合金零件出現(xiàn)變形的原因較為多樣化，諸如物理性能、工件裝夾、零件結(jié)構(gòu)形狀以及切削過程參數(shù)這類因素都有可能引發(fā)變形，具體而言主要有以下幾個(gè)方面：一是力的作用引發(fā)變形，在鋁合金零件中釋放一定的應(yīng)力，進(jìn)而集聚于毛坯內(nèi)部，如若未進(jìn)行加工就會(huì)維持一個(gè)平衡狀態(tài)，但只要對(duì)其進(jìn)行加工就會(huì)讓內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受連續(xù)性的破壞，內(nèi)部應(yīng)力就會(huì)被重新組合，進(jìn)而引發(fā)工件變形。在進(jìn)行切削加工時(shí)，刀具會(huì)讓鋁合金承受一定的擠壓壓力，這樣一來工件材料就會(huì)產(chǎn)生塑性，彈性變形也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。因此在加工大型零件的過程之中，應(yīng)當(dāng)采取仿形加工的方式，對(duì)裝夾工件完畢后可能出現(xiàn)的變形量進(jìn)行預(yù)估，并在加工時(shí)向相反方向預(yù)留出這一變形量，以此來有效避免裝備零件后變形量過大所引發(fā)的變形。二是裝夾影響、定位等引發(fā)變形。在進(jìn)行加工的過程之中，部分工作人員并未對(duì)夾緊力大小有一個(gè)正確的控制，使得夾緊力作用在了錯(cuò)誤的位置，這樣一來工件局部就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的彈性形變，而加工完成后夾緊力撤出，工件變形也就不可避免。同時(shí)，如若工件中有著不同方向的夾緊力作用，技術(shù)人員就應(yīng)當(dāng)對(duì)這幾個(gè)夾緊力的先后順序進(jìn)行考慮，先作用支撐夾緊力，且力度不能夠過大，要和切削力形成一定的平衡。三是熱作用所引發(fā)的變形。在對(duì)鋁合金進(jìn)行切削時(shí)會(huì)出現(xiàn)塑性變形，摩擦劇烈，進(jìn)而產(chǎn)生加大的切削量。如若在加工時(shí)并未分散出這類熱量，就會(huì)讓工件產(chǎn)生熱膨脹效應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)工件變形。四是工件的結(jié)構(gòu)以及材質(zhì)因素所引發(fā)的變形，變形量的大小與工件形狀、復(fù)雜程度呈正比關(guān)系，與材料的穩(wěn)定性、剛性呈正比關(guān)系，故而在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程之中應(yīng)當(dāng)最大化地降低這類因素所產(chǎn)生的不利影響。

2 鋁合金材料加工成形技術(shù)要點(diǎn)探討

2.1 內(nèi)應(yīng)力的消除

在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，不論是鑄造還是鍛造而成的鋁合金毛坯材料，都有很大的概率出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力[1]。在進(jìn)行加工之前，應(yīng)當(dāng)做好內(nèi)應(yīng)力的處理與消除工作。通過相關(guān)資料能夠得知，毛坯材料中的內(nèi)應(yīng)力形成了一種較為平衡的狀態(tài)，但在進(jìn)行加工時(shí)就會(huì)打破這一平衡狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)一系列的形變。故而在進(jìn)行切削加工前可以通過機(jī)械能消除退火、自然時(shí)效處理、人工時(shí)效處理以及錘擊振動(dòng)這類手段來讓毛坯中的部分內(nèi)應(yīng)力得以消除，這樣可以有效減少后續(xù)切削加工中因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力而引發(fā)的變形。同時(shí)相關(guān)工作人員也可以采取預(yù)加工這一手段來對(duì)內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行處理，針對(duì)部分有著較大加工余量的毛坯部件，可以使用分布加工這一手段，先將大部分毛坯余量取出，經(jīng)過一段時(shí)間的放置后采用粗加工手段來全面釋放內(nèi)應(yīng)力，然后在對(duì)后續(xù)毛坯余量進(jìn)行半精加工或精加工，不斷降低加工余量可能出現(xiàn)的應(yīng)力破壞，有效提升加工精度，最大化地降低變形情況的產(chǎn)生概率。

2.2 改善刀具切削性能

第一，選擇合理的刀具參數(shù)。在進(jìn)行刀具參數(shù)選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到以下幾個(gè)方面：一是刀具前角。要保持足夠的刀刃強(qiáng)度，前角較大的刀具在鋁合金零件加工中起到了重要的作用，因?yàn)榍敖窃酱?，那么刀刃切削也就更為鋒利，就可以有效減少切削力，防止切削變形的出現(xiàn)，同時(shí)也能夠完成磨削屑的快速排出，減少了切削熱量。二是刀具后角。后角大小會(huì)對(duì)后刀面磨損產(chǎn)生影響，進(jìn)而讓加工表面質(zhì)量得以改變。當(dāng)前部分工作人員在進(jìn)行粗銑的過程之中對(duì)于工作效率過度重視，往往會(huì)采取較大的切削進(jìn)給量，這樣一來相應(yīng)的切削量也就更大，如若刀具散熱性不符合標(biāo)準(zhǔn)，那么就會(huì)引發(fā)變形。而刀具后角較大時(shí)，就能夠最大化地避免后刀面與加工表面之間所出現(xiàn)的摩擦，且在精銑的過程中也能夠得到更佳的效果。三是螺旋角[2]。螺旋角會(huì)對(duì)銑削過程中的銑削力以及平穩(wěn)性產(chǎn)生一定的影響，正確的螺旋角會(huì)讓銑削振動(dòng)頻率大幅減少，防止波動(dòng)以及變形情況的出現(xiàn)，故而銑刀螺旋角不宜過大也不宜過小。四是主偏角，工作人員可以對(duì)主偏角進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少，以此來讓刀具刀口與加工面有著更大的接觸范圍，這樣一來就能夠有效改善散熱條件，降低內(nèi)部平均溫度。究其原因，主要是因?yàn)橹髌谴笮『豌娤鬟^程中的徑向力大小有著緊密的聯(lián)系，主偏角越小，那么徑向力也就越小，工件變形概率也就越低。

第二，合理選擇刀具結(jié)構(gòu)。工作人員可以通過梳齒銑刀來讓碎屑有更大的空間，由于鋁合金材料有著良好的塑性，在切削時(shí)出現(xiàn)變形的概率較大，而梳齒銑刀則會(huì)在特定直徑下有著較大的容納空間，能夠有效緩解切屑堆積而引發(fā)的擠壓變形。同時(shí)也可以通過雙正前角銑刀來降低積屑瘤的產(chǎn)生數(shù)量，有效維持切削力的穩(wěn)定性，降低變形發(fā)生概率。

第三，對(duì)刀具質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。首先可以通過合理的途徑來讓刀齒有著更佳的表面質(zhì)量，可以利用細(xì)油石輕輕打磨，讓除磨刀細(xì)齒切削表面顯得較為光滑，減少內(nèi)部摩擦而引發(fā)的切削熱，這樣就會(huì)降低切削變形產(chǎn)生概率[3]。同時(shí)還必須要對(duì)刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的控制，在使用刀具進(jìn)行切削一段時(shí)間之后，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，為了降低磨損所帶來的不利影響，工作人員應(yīng)當(dāng)選擇具備上佳耐磨性的刀具材料，并及時(shí)對(duì)其磨損部位進(jìn)行維護(hù)。

2.3 改善工件裝夾方式

針對(duì)薄壁型襯套零件，在進(jìn)行加工的時(shí)候必須要重視夾緊角度與力度，通過軸向端面壓緊的方法來有效防止變形的出現(xiàn)；針對(duì)薄壁板類型零件，工作人員則可以采取真空吸盤來提升其夾緊程度，同時(shí)也可以在精加工即將完畢之前，松一下壓緊部件來恢復(fù)彈性，之后在壓緊，保證精加工的壓緊力即可。

2.4 優(yōu)化刀具加工路徑

傳統(tǒng)銑削加工為了讓加工效率得以增強(qiáng)，一般會(huì)選取大切、快給進(jìn)這一加工模式，相對(duì)而言有著較大的切削力度，很容易讓刀具出現(xiàn)變形現(xiàn)象，并且所用的夾緊力也過大，工件變形概率較大。針對(duì)這一問題，可以通過CAD或CAM技術(shù)來讓傳統(tǒng)加工中的生產(chǎn)曲線得以優(yōu)化，生成合理的刀具加工路徑，有效確保加工效率，進(jìn)而對(duì)變形情況進(jìn)行科學(xué)的控制。

2.5 選擇適當(dāng)?shù)募庸ち鞒?/h3>

在進(jìn)行鋁合金材料加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋁合金的實(shí)際特征來有效控制變形情況的產(chǎn)生，選擇相契合的加工流程，這樣才能夠保障成品的質(zhì)量。例如粗加工以及精加工分離的方式，可以有效降低粗加工可能引發(fā)變形的概率[4]。針對(duì)部分精度要求較高的零件，在完成粗加工之后必須要靜置一段時(shí)間再開始后續(xù)的精加工，通過精加工能夠讓粗加工所存在的問題得以改善，也可以修復(fù)變形可能性，確保零件有著較高的精度；如若加工余量相對(duì)較大，單方面連續(xù)加工就會(huì)集中熱量，提升散熱的難度，此時(shí)就可以選擇對(duì)稱雙面多次加工的方式來讓散熱條件得以改善，有效防止應(yīng)力過于集中而引發(fā)的變形；針對(duì)同一方向有多個(gè)型腔的零件，加工的時(shí)候選擇逐層加工的方式完成，可以消除零件受力不均勻?qū)е碌淖冃巍?/p>

3 結(jié)語

綜上所述，鋁合金材料由于自身的特性，有著較大的概率出現(xiàn)變形現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了所生成產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在加工過程中，諸如外部應(yīng)力、夾緊力、熱作用的影響都會(huì)提升變形概率。因此工作人員應(yīng)當(dāng)從上述幾個(gè)因素入手，選擇合理的加工工藝手段，最大化地防止鋁合金材料變形的產(chǎn)生。