航空鋁合金材料的數(shù)控工藝與電導(dǎo)率關(guān)系研究

摘要：通過改變航空鋁合金材料加工方式的實(shí)驗(yàn)分析，研究了加工工藝對航空鋁合金材料電導(dǎo)率特性的影響規(guī)律。從4個方面改善加工工藝，使航空鋁合金材料特性及其電性能在加工前后保持一致。實(shí)踐證明，所歸納總結(jié)的成果對于研究航空鋁合金的數(shù)控工藝與電導(dǎo)率關(guān)系有重要的參考作用。

關(guān)鍵詞：航空鋁合金;數(shù)控加工工藝;電導(dǎo)率

0? ? 引言

航空鋁合金具有優(yōu)良的性能，是交通運(yùn)輸、建筑、電力通信、航空航天及其他領(lǐng)域的重要材料[1-3]。在某大型飛機(jī)零件的生產(chǎn)中，鋁合金預(yù)拉伸板大量應(yīng)用在飛機(jī)的壁板、框、梁、肋等結(jié)構(gòu)件上。對加工后的零件更多地采用電導(dǎo)率檢查，電導(dǎo)率檢驗(yàn)是判斷金屬材料或零件熱處理質(zhì)量是否合格的重要手段，其快捷、有效，可替代硬度檢查。鋁合金零件在加工過程中表面會發(fā)生過燒現(xiàn)象，出現(xiàn)晶界熔化三角區(qū)和復(fù)熔球等，如圖1所示，最終會使電導(dǎo)率值下降。因此，從加工工藝角度出發(fā)保持鋁合金的電性能，是該領(lǐng)域人員研究的重要課題。

1? ? 基于數(shù)控設(shè)備下刀方式對電導(dǎo)率的影響實(shí)驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)證明下刀方式對電導(dǎo)率的影響，實(shí)驗(yàn)環(huán)境為：溫度12 ℃，儀器放置時(shí)間大于15 min，測量儀器為SIGMATEST EC2.068，材料牌號為B95пчт2（7B04-T7451），材料厚度為45 mm，實(shí)驗(yàn)切入傾斜角度為16.45°～18°，機(jī)床型號為FP-PM-N/C-5。多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果平均值如表1所示。

從數(shù)據(jù)可知，當(dāng)切削深度增加時(shí)，切削表面溫度升高導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。生產(chǎn)現(xiàn)場加工環(huán)境要比實(shí)驗(yàn)環(huán)境更糟，特別是還存在因鋁屑排屑困難導(dǎo)致切削表面瞬間高溫的問題。因此，為減少切削熱對電導(dǎo)率的影響，要從改善數(shù)控加工工藝方法方面著手解決問題。

2? ? 改善數(shù)控加工工藝方法

（1）采用圓角過渡法，是通過數(shù)控程序使其在轉(zhuǎn)折尖角處采用較小半徑圓弧模式處理過渡的方式。目的是使機(jī)床在轉(zhuǎn)角處不作停留，連續(xù)切削，避免在轉(zhuǎn)角處切削停頓時(shí)間太長，就不會在一點(diǎn)聚集太多熱量，同時(shí)也減少了對機(jī)床結(jié)構(gòu)的沖擊，對機(jī)床是一種保護(hù)。

轉(zhuǎn)角類型如圖2（a）～（d）所示，其中（a）最劣，（c）最優(yōu)，可以通過選用小直徑刀具實(shí)現(xiàn)。

（2）采用插銑方法，也稱為“切入法銑削”，它能提供一種高生產(chǎn)率銑削深凹槽的方法，不需要高速加工，只要機(jī)床剛性好，它可以通過使用插銑刀，用一系列的重疊切入粗切材料，達(dá)到較高的金屬切除率。這些切入是以直線的Z軸運(yùn)動切入工件，類似于鉆削運(yùn)動，簡單的也可以用鉆削代替。當(dāng)進(jìn)行深孔鉆削過程時(shí)，應(yīng)采用喙鉆的進(jìn)給方式，以進(jìn)行斷屑和排屑。同時(shí)可以采用高壓內(nèi)冷的刀具，如圖3所示，將金屬屑迅速排出孔外，但對機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)具備內(nèi)冷系統(tǒng)有要求。

（3）采用多分層降低切削參數(shù)方法，即采用分層切削法改善銑削加工過程中對材料電導(dǎo)率的影響，主要是源于對材料切削時(shí)排屑的改善，使切削過程中產(chǎn)生金屬屑的排出阻力更小，更加流暢，刀具對材料表面做功減少，最終降低了切削熱的產(chǎn)生。在刀具足夠鋒利的情況下，每層切削厚度越小，產(chǎn)生的切削熱就越少。

（4）采用綜合法，即采用合理的刀具幾何形狀和切削方式（刀具刃磨、高速銑、改善冷卻等）。當(dāng)?shù)毒卟讳h利時(shí)，刀具對材料的剪切力不足，會造成對金屬表面的拉伸，使金屬表面晶格扭曲，也會使電導(dǎo)率異常。同樣，銑削加工中，刀具刃磨的好壞，幾何角度設(shè)計(jì)的合理與否，是否采用了高速切削加工，是否采用了高壓強(qiáng)力冷卻和內(nèi)冷等都是影響鋁合金材料電導(dǎo)率變化的因素。

3? ? 結(jié)語

通過以上4種方法對加工工藝進(jìn)行改進(jìn)后，航空鋁合金材料零件電導(dǎo)率達(dá)到材料初始值。此次實(shí)驗(yàn)分析對于未來該領(lǐng)域發(fā)展具有一定的參考作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳志國，楊文玲，王詩勇，等.微合金化鋁合金的研究進(jìn)展[J].稀有金屬材料與工程，2010，39（8）：1449-1504.

[2] 袁生平，蒲雄，張國君，等.多重時(shí)效析出第二相對Al-Mg-Si合金電導(dǎo)率的影響[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2010，20（11）：2070-2074.

[3] 金莉.LC9-CgS1自由鍛件電導(dǎo)率檢測結(jié)果的試驗(yàn)分析[C]//2012陜西省第十三屆無損檢測年會論文集，2012：130-135.

收稿日期：2020-03-13

作者簡介：李力（1969—），男，遼寧沈陽人，高級工程師，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司民機(jī)加工分部（數(shù)字化車間）主任，研究方向：航空數(shù)控高效加工技術(shù)、數(shù)字化車間構(gòu)建與管理、航空制造MES應(yīng)用。