作者：袁明富
来源：《中国军转民》 2020年第10期
袁明富
摘要：在现代化工业发展的进程下，铝合金已经成为制造行业中被广泛应用的一类金属结构材料，本文介绍了铝合金零件加工变形的主要原因，以及避免零件变形的工艺措施，以期进一步提升铝合金零件的精度，为我国制造业的发展打下良好的基础，希望能够给读者带来启发。
关键词：铝合金零件；加工变形原因；工艺控制措施
由于铝合金材料具备耐腐蚀性强、强度高、切削加工性好等特点，现阶段，铝合金材料已经被广泛应用于各类轻量化的机械产品生产设计当中，但受铝合金材料导热性好、线膨胀系数大等因素的影响，在铝合金零件加工过程中，如何避免零件变形已经成为提升我国工业化产业进程的关键性因素之一。
一、造成铝合金零件加工变形的主要原因
对当前铝合金零件的变形原因加以统计可以发现，铝合金零件的材料物理性能、零件结构形状、定位方式、切削液使用等情况都可能引发零件的机械加工变形，此时对变形原因进行研究发现受力、热作用、装夹以及定位都是造成变形情况出现的关键性因素。
（一）受力的影响
在制作铝合金零件毛坯的过程中，无论毛坯的初始形状如何，在冶炼过程中，毛坯的内部都会出现应力聚集的情况，并且在将毛坯加工成零件之前，这些聚集的应力会处于暂时平衡的状态，然而在后续削切加工成零件的过程中，毛坯内部结构的连续性被破坏，内部的应力平衡也被打破，应力在释放过程中造成零件的变形。此外，在利用刀具对毛坯进行切削加工的过程中，刀具的前刀切面会对被切的金属造成一定的挤压，进而令铝合金零件产生一定的塑性以及弹性变形。
（二）热作用的影响
铝合金零件在加工的过程中，不可避免地会因为毛坯与刀具、切屑之间的剧烈摩擦产生大量的切削热，由于铝合金材料具备极好的导热性，若在实际加工过程中，加工人员不能将热量及时导出，就可能会导致工件变形情况的出现。
（三）装夹以及定位的影响
在铝合金零件加工过程中，若加工人员在工件装夹定位的过程中，没有正确地控制夹紧力的大小，或者零件的装夹位置不够科学，都可能导致零件产生局部的弹性变形，并且变形的情况会在夹紧力撤去后暴露出来。
二、避免铝合金零件加工变形的工艺措施
（一）消除毛坯的内应力
在铝合金零件的加工过程中，内应力始终存在与铸造域轧制的铝合金毛坯料中，然而在正式加工之前，铝合金材料内部的应力保持平衡，零件在加工过程会导致材料的内应力重新分布，进而出现变形的情况。对此，加工人员在对铝合金毛坯进行削切加工之前，可以通过退火、锤击振动、人工或自然时效处理等方法消除毛坯中的内应力，降低因内应力而导致变形情况的出现概率。此外，在当前的铝合金零件加工过程中，对加工余量较大的铝合金毛坯进行预加工，也是一种避免零件加工变形的有效方式。在实际加工过程中，由于加工余量较大的毛坯所需切除的部分也比较大，导致其内部应力释放量也比较大，若直接对其进行切削加工可能会使零件产生较大的变形量，对此，加工人员可以采用分布加工法对毛坯进行处理，具体来说，首先，加工人员可以依据所需加工零件的具体尺寸，对毛坯进行粗加工，切除毛坯的大部分余量；其次，将粗加工后的毛坯静置一段时间，令毛坯充分释放粗加工所产生的内应力与变形；最后，对释放后的毛坯料进行精加工或者半精加工，逐步减少毛坯料的加工
余量，并将加工后的毛坯进行静置，通过循环进行上述操作的方式，令铝合金材料加工完成得零件精度能够达到零件的具体需求[1]。
（二）提升刀具的切削性能
切削刀具是进行铝合金零件加工过程中极为重要的工具，而加工人员在切削加工过程中所应用道具的材料、刀刃摩质量、几何参数等影响道具切削性能的参数，可能会在切削过程中对切削力、切削热等因素造成影响，进而造成零件的加工变形，因此，在实际切削过程中，选择合适的道具也是一项降低零件加工变形的有效方式。
（1）明确刀具的几何参数。在选择铝合金零件的切削刀具的过程中，加工人员可以依据所加工的铝合金材料配比、所需加工的零件形状等情况，明确所需刀具的几何参数，以便尽可能地提升零件的精度。首先，加工人员应明确刀具的前角参数。一般情况下，若要保刃的强度，在加工铝合金零件的过程中，加工人员大多选择前角较大的刀具，以便磨出更为锋利的刃口，在降低零件加工切削力的同时，降低切削变形的可能性，还可以令零件的加工排屑更为顺畅，进而达到降低切削区域温度的目的。需要注意的是，加工人员在选择切削刀具的过程中，应当尽可能地避免将负前角的刀具应用于铝合金切削过程中。其次，加工人员需要明确刀具后角的参数。具体来说，刀具后角的大小与后刀面的磨损和零件加工表面的质量之间存在一定的联系，同时，刀具的后角可以对刀具的切削厚度产生一
定的影响。举例来说，在铝合金零件的粗铣过程中，为提升加工的效率，加工人员大多选择具备较大进给量的刀具，这种刀具会在加工过程中产生较大的切削热，对此，为降低零件的变形量，就需要刀具具备良好的散热量，此时需要选择的刀具后角较小。而在精铣过程中，为提升加工效率，加工人员选择的刀刃较为锋利，此时为降低后刀面与铝合金毛坯之间的摩擦力，应选择刀具具备较大的后角。再次，加工人员应当明确刀具螺旋角的参数。由于刀具的螺旋角可能会影响刀具铣削铝合金零件的平稳度，因此，在零件的实际加工过程中，为避免因铣削波动造成零件的变形，加工人员应当尽可能选择螺旋角较大的刀具，降低刀具的震颤频率。最后，加工人员需明确刀具的主偏角参数。由于刀具主偏角的大小与铣削过程中的径向力数值之间存在直接的联系，在进行铝合金零件加工的过程中，若减小刀具的主偏角，可以有效地降低径向力的数值，从而达到减小零件径向变形量的目的，同时，减小刀具的主偏角还可以延长刀刃与铝合金毛坯接触的长度，进而有效将摩擦热传导到外界，降低加工区域的温度[2]。
（2）科学选择刀具的结构。在铝合金零件加工过程中，刀具的结构与零件的变形之间存在着一定的联系。具体来说，若加工人员在零件加工过程中选择梳齿铣刀，则可以有效地增加刀具的容屑空间。由于铝合金材料具备较大的塑性，在零件加工的过程中极易产生变形，密齿铣刀的容屑空间较小，在实际工作过程中极易因切屑大量堆积，出现挤压变形的情况，而梳齿铣刀的齿数较少，容屑空间相对较大，可以有效避免因切屑堆积造成的零件变形。此外，加工人员可以通过采用双正前角铣刀
的方式，降低零件的加工变形量。由于双正前角铣刀结构轴向前角与经向前角均为正，铣刀刀片带有后角，刀具的削切刃较为锋利，产生的楔角以及切屑收缩比都比较小，同时，利用这种刀具加工零件产生的切削会呈螺旋状排除，很少产生积屑瘤，进而可以保证零件的精确性。
（三）改善工件的装夹方式
薄壁铝合金零件加工是铝合金零件加工中的重要组成部分，由于薄壁铝合金的刚性较差，在对其进行装夹的过程中，极易因夹紧力的作用造成零件的变形，此时加工人员可以通过改善工件装夹方式降低零件变形的概率。比方说，在加工铝合金薄壁衬套零件的过程中，若加工人员利用三爪自定心卡盘或者弹簧头将毛坯径向夹紧，那么在零件加工完成卸去夹紧力后，工件必然发生形变。此时，加工人员可以利用轴向端面压紧的方式避免形变的发生。具体来说，加工人员可以自制一段带有螺纹的芯轴，用零件的内孔对其进行定位，并通过将压紧板与螺帽进行组合的方式，轴向压紧工件的端面，从而避免加工形变的出现。而在加工铝合金薄板类零件的过程中，由于这类零件的壁厚较薄，若采用传统的压板加紧的方式对工件进行固定，可能会因受力点集中在固定几个位置而产生形变。对此，加工人员可以通过真空吸盘，将夹紧力分散均匀施加的方式，降低形变。
此外，为提升铝合金薄壁腔类零件薄壁处的工艺刚性，在加工过程中，加工人员可以通过在空腔内填充介质的方式，减小装夹、削切等工艺过程所造成的加工性变。比如，加工人员可以通过在空腔内
填充含有一定比例硝酸钾的尿素熔融物，并在加工完后，利用相应溶剂将熔融物溶解的方式，有效减小薄壁腔类零件的变形[3]。
三、结论
在现代社会经济发展水平不断提升的大背景下，人们对生活质量的要求不断提升，由于铝合金零件被广泛应用于多重机械的制造领域，并且其应用范围不断扩大，为使制造业的水平能够更好地满足我国工业化的发展步伐，社会对铝合金的加工工艺提出了更高的要求。
参考文献
[1] 姚建邦. 铝合金复杂特征薄壁零件加工变形控制技术[J]. 世界有金属,2018(7):192-193.
[2] 黄栋. 铝合金零件加工难点与对策探析[J]. 现代制造技术与装备,2019(6):123-124.
[3] 胡相斌. 铝合金零件加工变形原因分析及工艺控制措施[J]. 机械研究与应用,2020,33(2):185-187.
（作者单位：扬州恒星精密机械有限公司）
作者简介：袁明富，生于1987年，本科，助理工程师，研究方向：精密零部件加工制造。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议