铝合金薄壁零件加工技术

铝合金薄壁零件加工技术1. 问题的提出 在零件的机械加工过程中，常常会由于内应力而产生变形，尤其是有色轻金属如铝、镁 合金的加工。内应力引起的翘曲、侧弯和扭曲等形式的变形频繁出现，会严重影响零件的加 工质量及加工效率，特别是对于薄壁、薄板类零件表现得尤为突出。如何最大限度地减少或 消除零件的变形，保证产品质量及生产效率，多年来一直是我们研究的课题。2. 原因分析 为提高铝合金的加工和使用性能，在加工前需要通过热处理（淬火处理+时效处理）的途 径提高强度。材料在淬火过程中产生很大的内应力，时效过程不能完全释放淬火过程中产生 的内应力，在后续的机械加工过程中，新的切削应力产生，随着材料的不断去除，内应力的 平衡状态被打破，内应力重新分布，直至达到新平衡过程而产生变形，使零件失去应有的加 工精度。而且当零件表面的应力超过材料的强度极限时，还会产生裂纹。3. 解决办法 针对以上原因，对于铝合金薄壁、薄板类零件采用“套材”法进行加工。“套材”法就是 一次装夹完成所有尺寸加工后，再将零件从毛坯中掏出的加工方法。套材过程包括铳上面f 粗铳内腔f粗铳外形f精铳外形f精铳内腔f精铳底面f点（钻）孔f切断等工艺。由于整 个过程是在一次装夹中完成的，在切断之前，由于零件与毛坯材料底面连接，所以内应力的 产生不会造成零件有较大变形，在整个过程中零件尺寸稳定。在切断时，需要让毛坯材料与 零件材料在底面有 0.1mm 粘连，以保证在整个“套材”过程中零件有足够的强度抵抗加工过 程中产生的切削应力。将零件从毛坯中切下后，零件虽由于应力释放而发生变形，但是零件上各相对尺寸不会 改变，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形状均可恢复正确。4. 应用实例如图 1 所示为铝合金薄板零件，我们应用“套材”法进行加工，方法如下：（1）工艺过程制定：由于零件最终厚度为2mm，在下料机加工过程中容易产生应力， 发生变形，根据其结构特点，具体加工工艺流程为下料f时效f铳基准f磨基准f去毛刺f 铳外形“套材”法加工）f去毛刺f校正f检验f入库。通过时效工序消除下料过程中产生 的应力；通过铣基准、磨基准工序，保证基准平面与夹具定位面完全接触，定位准确可靠， 从而保证铣外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于这两道工序属于见光加工，所以在此过程 中产生的微小应力引起零件的变形量不会影响加工尺寸；通过铣外形（“套材”加工）完成零 件所有尺寸加工；通过去毛刺工序去除加工过程中产生的各种毛刺、飞边，保证后续加工定 位精准；通过校正工序校正由于大余量加工后零件产生的变形；检验工序检验零件所有尺寸 与图样要求的符合性；最后入库提交。3 1J -8.2I25OJ2）毛坯尺寸确定：毛坯长度140.1h-*-lV20士0J-20 0.H90.I60+0.127 40.4T4CL3&.1G.1 +1 刑1r41：H或1 r1图1隔=丰牡十？ 具十5式中，1宓为韦坯长度；时:为零件佥长度t 0砒为71具直径。毛坯宽度B试匚奂艸十2纠1耳才1 式中r兔抚为毛坯宽度丨兔忡为 零伴魚宽度！。你为刀具直竝。毛坯厚度式中，厅切:为毛坯厚度彳堆厚为 零件总厚度4式中，H毛坯为毛坯厚度；H零件为零件总厚度。（3）装夹方式确定：由于零件外形尺寸较小，采用组合夹具，以底面定位，压住零件边沿即可（见图2）。压板必须均匀分散在毛坯的周边，保证整个加工过程中零件底面与夹具紧密贴合。压紧位置必须在刀路边界之外，避免在加工过程中铣刀压板。图21.零件轮廓 2.刀具 3.毛坯边界4.刀路边界 5.压板（4）“套材”过程实施：刀具的选用。为在套材过程中减少零件变形量，在保证加工效率的前提下，尽量选用 直径小的刀具。刀具越小，加工过程中的切削力就越小，产生的应力也越小。本零件加工选 用0 6mm立铳刀。切削用量的确定。为减少切削力，按高转速、高进给和小切深的原则 选用切削用量。根据加工现场机床的刚性和最高工作转速，选择转速S=4 OOOr/min，进给速 度F=1 000mm/min，径向切深=50%D刀具，轴向切深0.2mm。程序的编制。铳外形在铳加工中心上进行，利用编程软件按照零件图样建立数字模型 后按“套材”法包含过程中的刀路顺序编制数控程序，编程过程中按前述选择刀具和切削用 量（见图 3）。图3（5）实施效果：通过实际加工验证，校正后的零件所有尺寸均满足图样要求。铣外形工 序实际加工时间为33min，满足批生产要求。5. 结语“套材”法目前已经在我厂铝合金结构件批生产加工中广泛应用。不仅提高了加工效率 和产品质量，而且因为是一次装夹完成所有尺寸加工，从而避免了设计基准和工艺基准不重 合而引起的误差，避免因尺寸链换算而压缩公差，简化了工艺规程制定过程和零件的加工过 程。