李锋

摘要：随着科学技术的快速发展以及生产力的不断提高，航空航天等行业领域发展迅速，其对产品结构件的性能提出了更高要求，而铝合金薄壁件因其具有较高的导电、导热、耐腐蚀、比强度高等性能而被广泛应用在航空航天领域。本文通过简析铝合金薄壁件，分析影响铝合金薄壁件铣削加工精度的因素，研究铝合金薄壁件铣削加工精度控制实验，提出加强铝合金薄壁件铣削加工精度的路径探索，以帮助人们正确认识和科学设计铝合金薄壁件加工工艺，并对薄壁件加工过程中的变形情况进行精准预测，从而有效提高铝合金薄壁件铣削加工精度。

关键词：铝合金薄壁件;铣削加工;精度控制

中图分类号：V261.2+3                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）16-0117-02

0  引言

航空航天属于高精尖技术密集行业，其生产技术水平的高低在很大程度上体现着国家制造业实力和国防科技现代化水平，而铝合金薄壁件具有众多优良性能，已被广泛应用在高技术行业领域，其能够有效减少标准件的使用，提升整体结构件加工精度，提高飞机机体生产效率，但铝合金薄壁件在加工生产过程中，常受自身特性以及使用工具、切削参数设计等因素影响而导致其变形，从而影响薄壁件铣削加工精度和使用性能，因此如何加强铝合金薄壁件的铣削加工精度已成为制造业行业领域发展需要关注的重点，尤其是当前我国正处于从“中国制造”向“中国创造”改革发展的关键时期，为进一步提高我国制造业水平，使其成为现代制造强国并提高我国制造业在全球竞争市场中的优势，正确认识影响铝合金薄壁件铣削加工精度的因素并提出加强铝合金薄壁件铣削加工精度的路径探索具有重要意义[1]。

1  简析铝合金薄壁件

铝合金薄壁件是在铝合金材料原有性能的基础上，通过各种薄壳板和加强筋支撑的零件壁厚小于2毫米的轻量化结构件，能够达到薄壁、减重、高强度的优点，其被广泛应用在航空行业等高新技术领域。当前铝合金薄壁件在实际加工生产过程中，由于受到自身材料的刚度性能较小、加工工艺技术水平和使用器具限制，导致铝合金薄壁件加工过程中的变形控制难度较大，就会使得后期加工误差增多，尤其是铝合金在铣削等机械加工过程中会产生较大的参与内应力，当加工结束之后零件的残余应力和加工应力得到释放，也会导致尺寸精度发生变化，从而使零件尺寸超差影响铝合金薄壁件功能价值优势的有效发挥[2]。

2  影响铝合金薄壁件铣削加工精度的因素

2.1 铝合金自身特性影响

铝合金薄壁件的工件壁薄，自身变形应力较小，刚性较差，在具体铣削加工过程中，不仅会在夹紧力、切削力等外力作用下产生不同程度的形变，还会由于塑性变形而出现较多数量的铝屑，而铝屑通过与加工过程的强劲外力发生作用，就会使铝合金薄壁件产生一定程度的变形，尤其是在切削热的影响下也会产生热变形，不仅会使工件尺寸难以精确掌握，还会影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精度以及表面光滑度。铝合金薄壁件在加工过程中会产生残余内应力，而随着切削加工过程的进行，残余内应力逐渐被释放，铝合金薄壁件需要在自身作用下达到新的平衡，这时在残余内应力作用下铝合金薄壁件内的原子发生偏移，就会造成工件出现无法修复的变形或者相变，从而使加工精度出现偏差。

2.2 加工技术的参数设计

在铝合金薄壁件的加工过程中，选择不同的加工参数会产生不同的弹塑性变形以及切削热，这都会造成铝合金薄壁件不同程度的形变。在实际铝合金薄壁件加工过程中一旦由于加工技术参数设计不合理，如切削角设计不合理、切削参数设置不科学等，都会在加工过程中出现振动，不仅会由于刀具自身材质和强度不达标而导致刀具出现磨损，还会使铝合金薄壁件出现较大程度的形变，包括形成表面振纹，使其表面精度和质量受到影响，达不到铝合金薄壁件的使用性能标准，从而造成原材料浪费;在切削过程中选用的夹紧力和切削用量不合理，如过大使用夹具，就会使支撑力作用点和其他作用点参数不精准，从而产生生产附加作用力，出现拉伸、挤压等问题，都会造成刚性较低的铝合金薄壁件出现形变。

2.3 使用工具操作不科学

铝合金薄壁件的生产加工需要采用机床、夹具、刀具等多元化的使用工具和机械设备，而铝合金薄壁件自身的加工量较大，需要切除高达86%的材料，才能保证构件性能价值优势的有效发挥，一旦在实际加工操作过程中出现工具使用不合理、力度掌握不精准等问题，导致薄壁件受力不均匀，就会直接使铝合金薄壁件出现变形，从而影响其铣削加工精度[3]。如在选用夹具过程中，会全方位形成夹紧力，而铝合金薄壁件自身的厚度不足，使得夹紧力过大或过小都会影响铝合金薄壁件的加工精度;铝合金薄壁件内部构造较为复杂，在选择刀具进行切削时，由于铝合金薄壁件不同位置的厚度不同，一旦不能及时科学调整受力大小，就会使铝合金工件的壁厚出现误差。

2.4 机床和切削工艺影响

机床是进行铝合金薄壁件铣削加工的基础设备，机床的刚度、功率、精度等都会影响铝合金薄壁件铣削加工精度，如机床精度不准确，就会导致铝合金薄壁件的精度超差。切削工艺是铝合金薄壁件铣削加工的关键，工件定位、装夹方式、刀具路径规划以及切削液選择等都是影响铝合金薄壁件铣削加工精度的重要因素。如机床校验精准度不高、工件定位不准确等都会在高速切削过程中导致工件实际位置与预期位置出现偏差，从而使后期的夹紧力、刀具路径走向发生偏移，就会影响工件加工精度;刀具切削工件过程中，由于刀具高速运转与工件摩擦、切削产生形变所做的功等过程都会释放一定热量，而这部分热量在切削液的作用下得到释放，切削液选择不合理就会使工件在切削热作用下产生形变。

3  铝合金薄壁件铣削加工精度控制实验研究

当前铝合金薄壁件在航空行业等制造业领域应用逐渐广泛，为有效避免铝合金薄壁件在铣削加工过程中易出现形变且不易控制的现象，众多科学家对铝合金薄壁件铣削加工精度控制进行了实验研究，以进一步明确影响铝合金薄壁件铣削加工精度的因素，从而增加铝合金薄壁件的加工精度。如弱刚度薄壁铣削理论研究、弱刚度薄壁铣削有限元理论研究、弱刚度薄壁铣削实验研究等。其中通过有限元分析获取铝合金薄壁件加工变形规律，并在大量实验模拟的基础上，结合实际测量值和有限分析值能够构建准确的数学模型，可以科学计算铣削加工过程中刀具与工件之间所需倾斜的角度，能够进一步保证铣削加工精度[4]。

4  加强铝合金薄壁件铣削加工精度的路径探索

4.1 合理设计工艺支撑

铝合金薄壁件外形相对不规则，外加铝合金薄壁件自身特性影响导致其极易在铣削加工过程中出现形变问题而影响到铣削加工精度，因此在实际铝合金薄壁件加工过程中要合理设置科学、标准、规范的铣削加工工艺技术，以有效保障铝合金薄壁件铣削加工精度。选用不同的薄壁件进行加工时，要充分考虑工件加工受热和应力的影响程度，再结合薄壁件加工目标和要求合理设计、采用有效的工艺支撑，以最大限度保障铝合金薄壁件在受外界应力的作用下不会发生明显变形;实际铝合金薄壁件在进行加工时需要多次变换固定位置，这就需要人们在进行铝合金薄壁件加工前有效结合远技术坐标，以科学计算并合理设置工件的固定位置，然后严格控制加工顺序和流程，以消除残余应力对工件形变的影响[5]。

4.2 切削技术操作科学

切削技术是铝合金薄壁件加工工艺的关键，在进行切削加工之前，要结合铝合金薄壁件的外形以及性能等实际情况科学选择最佳的切削工具，再有机结合应力、摩擦力、受热等情况选择切削参数和加工工艺，以有效避免切削过程对铝合金薄壁件表面光滑度和精度造成不良影响。如据实验调查显示，切削力随着切削深度和每齿进给量的增加而增加，在铝合金薄壁件加工过程中合理选择高速切削技术，科学设置切削参数和切削技术标准，既能有效缓解在以往铝合金薄壁件切削过程中由于切削力、切削速度和温度的增加而使铝合金薄壁件表面出现软化而黏滞现象，又能避免切削温度降低，还能有效缩短工件加工周期，最大限度降低工件发生形变的可能性，从而保证铝合金薄壁件精度更加精准。

4.3 冷却液的适当加入

外力做功的情况不可避免会引起工件温度升高，尤其是在长时间的作业情况下，由于铝合金薄壁件自身受温度引发形变的可能性较高，因此为避免铝合金薄壁件在铣削加工过程中受温度影响较大，就需要合理控制工件加工时产生的温度。科学运用冷却液，精准把握冷却液的加入时间和用量，并根据实际选用的冷却液种类，正确判断是否需要连续添加，如常用的离子型冷冻液在切削加工过程中需要连续添加才能避免出现工件受热不均现象。科学选用冷却液能在降低切削消耗量和铝合金薄壁件加工环境温度的同时，有效保证铝合金薄壁件不会因加工受热不均而出现裂纹，并且还会由于冷却液的正确使用使铝合金薄壁件的表面变得更加光滑，从而进一步提高工件加工质量，保证工件加工精度。

4.4 正确选择使用工具

为避免铝合金薄壁件在铣削加工过程中出现变形，就需要正确选择使用工具和仪器设备，以从根本上保障铝合金薄壁件加工精度。在以往的铝合金薄壁件铣削加工过程中采用的夹具通常为自定心三爪和四爪卡盘式，而不同夹具在使用过程中的夹紧方向不同、夹紧应力和拉应力也不同，这时工件会在夹紧力的作用下达到预期目标，因此要根据实际铝合金薄壁件特性科学选择最佳的夹具和施加的夹紧力，选择合适、有效的装夹方式，在降低工件变形程度的基础上，降低专用夹具的制造成本[6];根据刀具直径、螺旋角以及铝合金薄壁件的加工要求科学选择刀具参数，确保工件内腔精加工时刀具的直径要小于拐角处的圆角半径，以避免由于刀具与零件的接触面变大而产生振动现象，从而增加工件表面振纹。

5  总结

新时期，随着我国制造行业的快速发展，铝合金薄壁件的应用范围也越来越广，这就对铝合金薄壁件铣削加工的要求越来越高。为有效防止和避免铝合金薄壁件在铣削加工过程中由于自身特性和其他加工因素影响而造成工件形变、加工精度降低等问题的发生，就需要人们在实际铝合金薄壁件铣削加工过程中，紧密结合实际铝合金薄壁件的形状、特性和加工需求科学选择最佳的加工工艺和参数设置，合理设置工艺支撑，正确选择使用工具，适时加入冷却液，以在提高铝合金薄壁件加工生产质量和效率的同时，提高工件精度。

参考文献：

[1]雷晓燕.高强度铝合金薄壁件铣削加工变形控制的研究[J]. 知识文库，2019（15）：210-211.

[2]周旭阳.铝合金薄壁件加工过程变形控制[J].中国金属通报，2021（01）：219-220.

[3]牛亚洲.铝合金复杂薄壁件精密加工技术研究[D].北华航天工业学院，2017.

[4]廖玉松，韩江.铝合金薄壁件铣削加工精度控制研究[J].组合机床与自动化加工技术，2015（05）：113-117，120.

[5]马伟.航空铝合金薄壁件切削过程及加工变形仿真分析[D].吉林大学，2020.

[6]李磊.鈦合金薄壁微铣削精度研究现状与发展趋势[J].制造技术与机床，2020（02）：45-48.

[7]周兵.铝合金薄壁零件加工技术研究[J].现代机械，2021（01）：85-87.

[8]曲宁松，刘洋，张峻中，房晓龙.电解铣削加工技术研究进展及展望[J].电加工与模具，2021（02）：1-14.