鋁合金薄壁零件加工方法

■陜西航空電氣有限公司 （興平 713107） 童 斌

鋁合金薄壁零件加工方法

■陜西航空電氣有限公司 （興平 713107） 童 斌

摘 要：為解決鋁合金薄壁零件在機(jī)械加工中由于變形影響零件的尺寸、形位公差的問題，以高速、低進(jìn)刀、低切深的加工方法，通過一次裝夾完成零件全部關(guān)聯(lián)尺寸的加工，從而降低零件在加工過程中由切削力過大而引起的變形，避免加工基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不能重合產(chǎn)生的誤差，提高零件的尺寸精度和形位精度。

1. 問題的提出

在零件的機(jī)械加工過程中，常常會由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生變形，尤其是有色輕金屬如鋁、鎂合金的加工。內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲、側(cè)彎和扭曲等形式的變形頻繁出現(xiàn)，會嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量及加工效率，特別是對于薄壁、薄板類零件表現(xiàn)得尤為突出。如何最大限度地減少或消除零件的變形，保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，多年來一直是我們研究的課題。

2. 原因分析

為提高鋁合金的加工和使用性能，在加工前需要通過熱處理（淬火處理+時效處理）的途徑提高強度。材料在淬火過程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，時效過程不能完全釋放淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在后續(xù)的機(jī)械加工過程中，新的切削應(yīng)力產(chǎn)生，隨著材料的不斷去除，內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，直至達(dá)到新平衡過程而產(chǎn)生變形，使零件失去應(yīng)有的加工精度。而且當(dāng)零件表面的應(yīng)力超過材料的強度極限時，還會產(chǎn)生裂紋。

3. 解決辦法

針對以上原因，對于鋁合金薄壁、薄板類零件采用“套材”法進(jìn)行加工?！疤撞摹狈ň褪且淮窝b夾完成所有尺寸加工后，再將零件從毛坯中掏出的加工方法。套材過程包括銑上面→粗銑內(nèi)腔→粗銑外形→精銑外形→精銑內(nèi)腔→精銑底面→點（鉆）孔→切斷等工藝。由于整個過程是在一次裝夾中完成的，在切斷之前，由于零件與毛坯材料底面連接，所以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生不會造成零件有較大變形，在整個過程中零件尺寸穩(wěn)定。在切斷時，需要讓毛坯材料與零件材料在底面有0.1mm粘連，以保證在整個“套材”過程中零件有足夠的強度抵抗加工過程中產(chǎn)生的切削應(yīng)力。將零件從毛坯中切下后，零件雖由于應(yīng)力釋放而發(fā)生變形，但是零件上各相對尺寸不會改變，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形狀均可恢復(fù)正確。

4. 應(yīng)用實例

如圖1所示為鋁合金薄板零件，我們應(yīng)用“套材”法進(jìn)行加工，方法如下：

（1）工藝過程制定：由于零件最終厚度為2mm，在下料機(jī)加工過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生變形，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，具體加工工藝流程為下料→時效→銑基準(zhǔn)→磨基準(zhǔn)→去毛刺→銑外形（“套材”法加工）→去毛刺→校正→檢驗→入庫。通過時效工序消除下料過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；通過銑基準(zhǔn)、磨基準(zhǔn)工序，保證基準(zhǔn)平面與夾具定位面完全接觸，定位準(zhǔn)確可靠，從而保證銑外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于這兩道工序?qū)儆谝姽饧庸?，所以在此過程中產(chǎn)生的微小應(yīng)力引起零件的變形量不會影響加工尺寸；通過銑外形（“套材”加工）完成零件所有尺寸加工；通過去毛刺工序去除加工過程中產(chǎn)生的各種毛刺、飛邊，保證后續(xù)加工定位精準(zhǔn)；通過校正工序校正由于大余量加工后零件產(chǎn)生的變形；檢驗工序檢驗零件所有尺寸與圖樣要求的符合性；最后入庫提交。

圖1

（2）毛坯尺寸確定：毛坯長度

式中，L毛坯為毛坯長度；L零件為零件總長度；D刀具為刀具直徑。

式中，B毛坯為毛坯寬度；B零件為零件總寬度；D刀具為刀具直徑。

式中，H毛坯為毛坯厚度；H零件為零件總厚度。

（3）裝夾方式確定：由于零件外形尺寸較小，采用組合夾具，以底面定位，壓住零件邊沿即可（見圖2）。壓板必須均勻分散在毛坯的周邊，保證整個加工過程中零件底面與夾具緊密貼合。壓緊位置必須在刀路邊界之外，避免在加工過程中銑刀壓板。

（4）“套材”過程實施：

圖2

圖3

（5）實施效果：通過實際加工驗證，校正后的零件所有尺寸均滿足圖樣要求。銑外形工序?qū)嶋H加工時間為33min，滿足批生產(chǎn)要求。

5. 結(jié)語

“套材”法目前已經(jīng)在我廠鋁合金結(jié)構(gòu)件批生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。不僅提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且因為是一次裝夾完成所有尺寸加工，從而避免了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)不重合而引起的誤差，避免因尺寸鏈換算而壓縮公差，簡化了工藝規(guī)程制定過程和零件的加工過程。

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收稿日期：（20141106）