鋁合金加工變形影響因素和控制策略分析

馬琦

摘 要 隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金制品逐漸成為了人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中經(jīng)常使用的產(chǎn)品，但由于現(xiàn)階段所使用的零件加工技術(shù)仍然沒有達(dá)到理想的成熟狀態(tài)，因此鋁合金材料在加工過程中很容易出現(xiàn)變形問題，不僅會影響到鋁合金材料的加工質(zhì)量，還會影響到加工效率。只有針對鋁合金加工材料的變形影響因素進(jìn)行分析，并制定出具有可行性的控制策略，才能使得鋁合金加工變得更符合當(dāng)下社會的需求。

關(guān)鍵詞 鋁合金加工 變形影響因素 形變控制

中圖分類號：TF11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0010-03

隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提升，導(dǎo)致對鋁合金材料的需求量呈現(xiàn)出了不斷加大的趨勢。相比較其他材料而言，鋁合金材料具有較為明顯的優(yōu)勢，它不僅能夠適應(yīng)高溫作業(yè)的環(huán)境，還擁有較為優(yōu)秀的導(dǎo)電性能。因此解決鋁合金材料加工過程中容易出現(xiàn)的形變問題顯得尤為重要，只有進(jìn)一步的解決形變問題，才能促使鋁合金制品在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮最大的作用。

鋁合金的材料具有非常強(qiáng)的耐高溫性能，可適應(yīng)高溫下各種環(huán)境，有非常強(qiáng)的導(dǎo)電功能，并且對施工的環(huán)境要求并不是很高。但是安裝應(yīng)用鋁合金材料的時(shí)候，也有很多的問題，在溫度合適的時(shí)候，鋁合金的材料內(nèi)部變化非常大，在這種情況下就不能對正在進(jìn)行變化的鋁合金材料內(nèi)部進(jìn)行查看[1]。一般來說鋁合金的材料出現(xiàn)應(yīng)力值變化，就會一直保持在這個(gè)狀態(tài)，適當(dāng)?shù)厍謇礓X合金材料以后，才能改變內(nèi)部應(yīng)力值的變化，讓內(nèi)部的應(yīng)力位置從新改變，讓鋁合金材料出現(xiàn)變形等嚴(yán)重問題[2]。

社會生產(chǎn)的快速發(fā)展，對制造行業(yè)來說，其中的部件加工會遇到各種各樣的問題。在制造的時(shí)候鋁合金的材料被廣泛運(yùn)用，但要是零部件變形，就會對質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，所以提升制造鋁合金材料的加工控制變形，已經(jīng)是現(xiàn)在該行業(yè)的重點(diǎn)研究內(nèi)容。現(xiàn)在建筑行業(yè)不斷發(fā)展，人們對原本的材料質(zhì)量要求也會非常高，所以專業(yè)人員就得不停地去改善，使原材料性能更加完善。鋁合金材料的耐腐蝕性是非常高的，并且有很好的導(dǎo)熱性，現(xiàn)代制造業(yè)也被廣泛地利用起來，成為建筑建筑行業(yè)與現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的材料。鋁合金材料的研究一直在增加，對此有研究說明，鋁合金材料在高溫和高熱的情況下有非常好的適應(yīng)能力。但是現(xiàn)實(shí)生活中，該材料在加工的時(shí)候會出現(xiàn)材料變形等情況。在加工的時(shí)候，不能對鋁合金材料里面的應(yīng)力值進(jìn)行檢測，無法在短的時(shí)間內(nèi)采取措施并預(yù)防，清除鋁合金材料之后，內(nèi)應(yīng)力值發(fā)生變化會造成鋁合金材料也發(fā)生變形。

1 鋁合金材料加工概述

鋁合金材料相比較其他材料而言，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。首先，比較其他材料而言，鋁合金材料重量較輕，具有極強(qiáng)的導(dǎo)熱性能。同樣的溫度條件下，鋁合金材料的化學(xué)性能和物理性能顯得更為穩(wěn)定。因此，倘若技術(shù)人員需要進(jìn)行高溫作業(yè)，不妨使用鋁合金材料來進(jìn)行工具的制備。除此之外，相比較其他材料而言，鋁合金材料擁有更為良好的抗腐蝕性能，因此在工業(yè)生產(chǎn)和加工過程中得到了較為廣泛地使用。但相比較其他材料來說，鋁合金材料也并非全無缺點(diǎn)，鋁合金材料加工過程中很容易出現(xiàn)形變，這或許與加工部件在組織結(jié)構(gòu)方面沒能達(dá)到理想狀態(tài)有一定的關(guān)聯(lián)，因此當(dāng)內(nèi)部的壓力出現(xiàn)較為明顯變化時(shí)，部件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)就會由于壓力的存在而被迫打破[3]，最終影響到鋁合金材料形狀的維持。

實(shí)際上鋁合金材料一旦產(chǎn)生形變，不僅會對其使用質(zhì)量造成十分嚴(yán)重的影響，還會縮短其使用期限。鋁合金材料原本就有非常大的優(yōu)勢，如比較輕、耐高溫、耐腐蝕以及導(dǎo)熱性強(qiáng)等性能。對鋁合金材料的材質(zhì)進(jìn)行分析和研究可以知道這個(gè)材料耐高溫的性能非常強(qiáng)，各種各樣的高溫環(huán)境它都能適應(yīng)。在對鋁合金材料進(jìn)行加工時(shí)，也會出現(xiàn)一些問題，比如鋁合金的變形等。鋁合金材料里面壓力若發(fā)生一定的變化，該部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)間的平衡就會不均勻，部件里的組織結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)很大的變化。如果受到外部的影響，也可能會使鋁合金材料出現(xiàn)變形，影響鋁合金材料的質(zhì)量，使用的年限也會降低。

鋁合金加工導(dǎo)致變形的影響非常多，其中包括機(jī)床、夾具、刀具、切削參數(shù)、切削工藝、材料自身性質(zhì)和溫度、通風(fēng)、振動等很多的隨機(jī)性因素。機(jī)床影響有很多，其中定位的精準(zhǔn)度以及剛度，這中間定位的精準(zhǔn)度影響比剛度的影響更大。夾具的尺寸及夾緊力度對加工變形有很大的影響，通過模擬得到的結(jié)果，可以很大程度降低夾緊力造成的變形。刀具導(dǎo)致變形的因素有很多，比如：刀具前角、后角、螺旋角、刃數(shù)等參數(shù)，刀具材質(zhì)和刀具剛性、動平衡性等性能。目前，刀具刃數(shù)、圓角和耐用度對變形影響顯著;材料自身性質(zhì)包括材質(zhì)、硬度、剛度、內(nèi)應(yīng)力、塑性等，其中剛度和內(nèi)應(yīng)力對加工變形影響顯著;切削參數(shù)對加工變形影響最大，其對切削力和加工過程中的振動產(chǎn)生直接影響，當(dāng)參數(shù)設(shè)置不合理時(shí)，被加工零件在工作臺上極易振動，使零件表面形成振紋，導(dǎo)致加工精度降低;零件裝夾方式、刀具路徑、切削液、定位等工藝均對加工變形會產(chǎn)生影響[4]。

2 鋁合金材料加工過程中產(chǎn)生形變的重要因素及分析

在鋁合金材料生產(chǎn)加工過程中，導(dǎo)致形變出現(xiàn)的因素有很多。鋁合金材料自身的性質(zhì)以及切削工藝，或切削時(shí)所使用的工具等，都會在一定程度上影響到鋁合金材料外部形狀的穩(wěn)定。除了這些因素之外，譬如通風(fēng)震動等難以控制的外界因素，也很可能會對鋁合金材料加工過程中的形狀維持產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。實(shí)際上鋁合金材料在加工過程中，對外部環(huán)境的要求較為嚴(yán)格。其所使用溫度一定要在許可范圍內(nèi)，倘若溫度過高，那么鋁合金內(nèi)部的應(yīng)力值便會由于溫度的變化而產(chǎn)生較為密集的活動，并且一直保持著密集活動的應(yīng)力值狀態(tài)。

除此之外，機(jī)床也會對鋁合金材料的形狀維持產(chǎn)生重要的影響，大部分鋁合金材料在制作過程中都需要先進(jìn)行精度和高度的定位，如若其在進(jìn)行精度定位的過程中，沒能達(dá)到理想的精準(zhǔn)狀態(tài)，加工過程中就很容易出現(xiàn)失誤或偏差，進(jìn)而導(dǎo)致鋁合金材料出現(xiàn)形變問題。除了機(jī)床，夾具在尺寸精度以及其所使用的力度方面倘若出現(xiàn)了偏差，也很容易導(dǎo)致鋁合金材料出現(xiàn)較為明顯的形變。當(dāng)然最容易導(dǎo)致鋁合金材料出現(xiàn)形變的因素，還是與其所使用的刀具有關(guān)。刀具本身的前角后角參數(shù)等一旦出現(xiàn)較為明顯的變化，都會對鋁合金加工的最終質(zhì)量結(jié)果造成影響。為此技術(shù)人員在進(jìn)行刀具使用之前，會通過不斷地試驗(yàn)分析來進(jìn)行刀具參數(shù)的確認(rèn)，以便調(diào)試到最適宜進(jìn)行鋁合金材料加工的圓角參數(shù)和刃數(shù)參數(shù)，以確保在切削過程中不會使鋁合金材料發(fā)生形變。在進(jìn)行切削的過程中，如果參數(shù)設(shè)置不符合當(dāng)前的實(shí)際狀態(tài)和實(shí)際效果，就很容易使得工具在使用過程中發(fā)生震動現(xiàn)象，進(jìn)而影響到最終鋁合金材料的加工精度。

通過上述幾項(xiàng)原因的分析不難發(fā)現(xiàn)，鋁合金材料在加工過程中是很容易出現(xiàn)形變的，為了盡量地降低鋁合金材料加工過程中出現(xiàn)形變的可能性，技術(shù)人員需要對可能導(dǎo)致鋁合金材料在加工過程中出現(xiàn)形變的各種不良因素進(jìn)行充分地分析與探究，只有如此才能夠有效地提升鋁合金材料加工的效率。

在傳統(tǒng)的鋁合金材料加工過程中，需要花費(fèi)較長的加工時(shí)間才能夠達(dá)到更為理想的加工效果，但對于技術(shù)人員而言，加工時(shí)間越長，就意味著鋁合金材料在加工過程中發(fā)生形變的概率越大，因此從這個(gè)方面來看，在鋁合金材料加工過程中所耗費(fèi)時(shí)間長短是影響鋁合金材料產(chǎn)生形變概率的重要因素。除了這個(gè)因素之外，在進(jìn)行切削過程中的切削溫度也會影響到鋁合金出現(xiàn)形變的可能性。具體說來，如若在切削過程中溫度過高，或者所使用力度超出了警戒值，那么鋁合金材料就很可能會由于受不了過高的溫度或過大的切削力度而出現(xiàn)形變現(xiàn)象。因此除時(shí)間之外，切削過程中的力度把控和溫度把控，也是導(dǎo)致鋁合金產(chǎn)生形變的重要因素。在鋁合金零件的機(jī)械加工過程中，需要使用到各類工藝，這些工藝在使用過程中如若出現(xiàn)了微小的誤差，都很可能會導(dǎo)致鋁合金材料發(fā)生形變的概率進(jìn)一步的提升，因此進(jìn)行相應(yīng)材料機(jī)械加工時(shí)對各個(gè)流程的精準(zhǔn)控制也顯得尤為重要。

除此之外，在進(jìn)行鋁合金材料加工過程中，其所達(dá)到的通風(fēng)狀況會直接影響到鋁合金材料的質(zhì)量。倘若在鋁合金材料加工過程中，其所處位置無法獲得良好的通風(fēng)，那么該材料的冷卻時(shí)間或許會由于通風(fēng)情況而受到影響。風(fēng)量較低時(shí)鋁合金材料就需要花費(fèi)更多的時(shí)間來進(jìn)行冷卻，在這一過程中，鋁合金材料一旦受到擠壓，就很容易發(fā)生形變。因此通風(fēng)量也是影響鋁合金材料生產(chǎn)加工過程中出現(xiàn)形變的主要因素。當(dāng)然在進(jìn)行鋁合金材料加工時(shí)，需要使用到各類模具，如果選擇的模具不夠科學(xué)合理，或是模具設(shè)計(jì)的方式不符合現(xiàn)階段鋁合金材料加工的實(shí)際情況，那么就很容易導(dǎo)致模具在使用過程中發(fā)生抖動，這樣一來，技術(shù)工作人員所加工出的鋁合金材料就容易出現(xiàn)波紋，這也屬于形變的一種產(chǎn)生方式。

3 鋁合金材料加工過程中形變控制的策略分析

3.1 先進(jìn)的加工技術(shù)

想要讓鋁合金材料在加工過程中減少形變現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性，就需要不斷地研發(fā)更為先進(jìn)的加工技術(shù)來進(jìn)行鋁合金材料的加工和生產(chǎn)。只有運(yùn)用更為先進(jìn)的加工生產(chǎn)技術(shù)才能夠在鋁合金材料的加工過程中，盡最大可能規(guī)避可能導(dǎo)致其出現(xiàn)形變現(xiàn)象的影響因素。這樣一來，在日常的鋁合金材料生產(chǎn)加工過程中，其生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率就能夠獲得進(jìn)一步的提升。如果不進(jìn)行更為先進(jìn)的加工技術(shù)的應(yīng)用，那么鋁合金材料的生產(chǎn)加工質(zhì)量很可能就會呈現(xiàn)出止步不前的態(tài)勢。

3.2 熱處理方式

技術(shù)研究人員在鋁合金材料的加工過程中發(fā)現(xiàn)，在加工時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力倘若不加以控制，會直接在鋁合金材料上發(fā)揮作用，最終影響到鋁合金材料的加工質(zhì)量。為了使得最終加工的精準(zhǔn)程度達(dá)到理想狀態(tài)，在進(jìn)行鋁合金材料加工時(shí)，需要采取各類保護(hù)措施來減少應(yīng)力在鋁合金材料方面的作用，只有如此才能夠達(dá)到更為良好的加工效果。相比較其他的保護(hù)措施而言，熱處理方式能夠起到最為明顯的效果。但需要注意的是，如若工作人員選擇使用熱處理方式來進(jìn)行鋁合金材料加工過程中應(yīng)力的處理控制，就必須要在熱處理之前進(jìn)行相應(yīng)準(zhǔn)備工作的展開。

3.3 冷處理方式

除了熱處理之外，冷處理方式的使用也能在一定程度上對鋁合金材料的形變產(chǎn)生概率進(jìn)行控制。冷處理技術(shù)的使用原理是通過振動應(yīng)力消除的方式，在震動過程中將可能出現(xiàn)的能量使用效率進(jìn)一步提升，通過能量的驅(qū)動來促使加工部件進(jìn)行更進(jìn)一步的運(yùn)行，這樣一來，鋁合金材料內(nèi)部構(gòu)建的穩(wěn)定性就能夠得到進(jìn)一步的保障。相比較熱處理方式而言，冷處理解決方法操作更為方便，準(zhǔn)入門檻更低，且不需要花費(fèi)太過高昂的操作成本。因此相比較而言，冷處理方式的適用范圍更廣，可以在進(jìn)行資源成本節(jié)約的情況下進(jìn)行運(yùn)用。現(xiàn)階段所使用的冷處理方式大體可以分成兩種：一是通過進(jìn)行施加力的使用方式，確保鋁合金內(nèi)部的應(yīng)力能夠得到完全釋放;二是通過進(jìn)行應(yīng)力效應(yīng)增加的方式來使零件形狀進(jìn)一步校準(zhǔn)。這兩種方式都能夠很好地對鋁合金材料形變產(chǎn)生概率控制的效果。

3.4 切削刀具的合理使用

如若在進(jìn)行鋁合金材料加工過程中，技術(shù)人員能夠使用性能更為良好的切削刀具，就能夠有效地減少切削力，這樣一來鋁合金材料的加工時(shí)間就能夠得到有效的縮減，原本由于加工時(shí)間過長而導(dǎo)致鋁合金材料出現(xiàn)形變的問題，就能因此而得到進(jìn)一步地避免。但需要注意的是，如若想要在鋁合金材料的切削過程中進(jìn)行切削力和熱度的最終控制，僅僅依靠材料和道具的使用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要進(jìn)行能夠滿足各類加工需求支撐件的應(yīng)用。因此在進(jìn)行加工的過程中，工作人員需要對刀具的粗糙度進(jìn)行更為深入的改進(jìn)，只有如此，才能夠最大限度地解決鋁合金材料在加工過程中出現(xiàn)形變問題。這是技術(shù)工作人員在進(jìn)行切削刀具使用過程中務(wù)必要重視的改進(jìn)環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

總而言之，在鋁合金加工過程中，想要使其發(fā)生變形的概率得到進(jìn)一步的控制，就需要使用更具可行性的方法與措施來進(jìn)行形變影響因素的控制。只有如此，才能夠進(jìn)一步地提升鋁合金加工材料的質(zhì)量和效率，讓鋁合金材料發(fā)生形變的問題得到快速糾正，使得鋁合金加工材料在人們的日常生活中發(fā)揮出更多的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王麗娟.鋁合金材料加工變形控制對策的分析[J].世界有色金屬，2018，513（21）：165，167.

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[3] 喬楠楠.鋁合金薄壁件加工中變形的因素分析與控制方法[J].知識文庫，2017（10）：116.

[4] 耿小云.鋁合金加工變形分析與控制[J].世界有色金屬，2017（15）：284.