铝合金材料加工成形技术要点分析

2021-11-30边明勇

世界有色金属 2021年15期

关键词：内应力毛坯精加工

边明勇

（新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830013）

由于铝合金材料密度相对较低，导热性、抗蚀性以及导电性等性能较好，已经在航空、医疗、高铁、汽车等领域中得到了广泛的应用。但由于铝合金材料有着较大的膨胀系数，在进行加工的过程之中怎样有效控制变形是当前业内亟待解决的难题。

1 铝合金零件加工时变形现象分析

1.1 铝合金零件的基本特点

相比于其余材料，铝合金零件的重量相对较轻，且整体结构较为紧凑，无疑有着更强的应用优势。本次研究选择了铝合金材料中薄壁铝合金零件，其刚性相对较差，加之强度较低，在进行加工时工艺性能较差，特别是在进行切削加工时有着较大的概率出现翘曲变形现象。在传统铣削加工中，因为有着一定的热变形力及内部应力，会让铝合金零件出现弹性形变进行引发扭曲情况，通过这样的方式所生成的零件和既定的设计标准相差甚远，产品合格率较低。针对这一问题，应当选择适当的刀具、切削液、夹具以及铣削方式，并对热量及应力变形这类因素进行控制，这样才能够有效降低变形概率，保障产品质量。

1.2 具体铝合金零件分析

本次研究主要是将某一导热框架作为对象，其零件材料是LF6-R，为了保证该框架在工作过程中能够具备优秀的散热性能，将其两侧薄壁尺寸设置为0.75mm，内框厚度设置为1.25mm，且在框架各个面都有着较高的公差精度。在传统加工方式中，主要是在立加设备内通过键槽铣刀来对铝合金零件进行加工，一般而言有着粗加工以及精加工这两种模式。本次实验有着较高的加工精度要求，如若应用传统的加工方式，那么在使用刀具进行切削时极易产生积削瘤，让切削难度直线上升，使得加工而成的槽壁在精度方面不符合相关标准，并且会在薄壁位置产生扭曲变形情况，其中的夹紧力过大，降低平面厚度的尺寸精度，让成品不满足工艺要求。

1.3 变形成因

铝合金零件出现变形的原因较为多样化，诸如物理性能、工件装夹、零件结构形状以及切削过程参数这类因素都有可能引发变形，具体而言主要有以下几个方面：一是力的作用引发变形，在铝合金零件中释放一定的应力，进而集聚于毛坯内部，如若未进行加工就会维持一个平衡状态，但只要对其进行加工就会让内部结构遭受连续性的破坏，内部应力就会被重新组合，进而引发工件变形。在进行切削加工时，刀具会让铝合金承受一定的挤压压力，这样一来工件材料就会产生塑性，弹性变形也会应运而生。因此在加工大型零件的过程之中，应当采取仿形加工的方式，对装夹工件完毕后可能出现的变形量进行预估，并在加工时向相反方向预留出这一变形量，以此来有效避免装备零件后变形量过大所引发的变形。二是装夹影响、定位等引发变形。在进行加工的过程之中，部分工作人员并未对夹紧力大小有一个正确的控制，使得夹紧力作用在了错误的位置，这样一来工件局部就会出现相应的弹性形变，而加工完成后夹紧力撤出，工件变形也就不可避免。同时，如若工件中有着不同方向的夹紧力作用，技术人员就应当对这几个夹紧力的先后顺序进行考虑，先作用支撑夹紧力，且力度不能够过大，要和切削力形成一定的平衡。三是热作用所引发的变形。在对铝合金进行切削时会出现塑性变形，摩擦剧烈，进而产生加大的切削量。如若在加工时并未分散出这类热量，就会让工件产生热膨胀效应，进而引发工件变形。四是工件的结构以及材质因素所引发的变形，变形量的大小与工件形状、复杂程度呈正比关系，与材料的稳定性、刚性呈正比关系，故而在进行设计的过程之中应当最大化地降低这类因素所产生的不利影响。

2 铝合金材料加工成形技术要点探讨

2.1 内应力的消除

在进行生产时，不论是铸造还是锻造而成的铝合金毛坯材料，都有很大的概率出现内应力[1]。在进行加工之前，应当做好内应力的处理与消除工作。通过相关资料能够得知，毛坯材料中的内应力形成了一种较为平衡的状态，但在进行加工时就会打破这一平衡状态，进而出现一系列的形变。故而在进行切削加工前可以通过机械能消除退火、自然时效处理、人工时效处理以及锤击振动这类手段来让毛坯中的部分内应力得以消除，这样可以有效减少后续切削加工中因为内应力而引发的变形。同时相关工作人员也可以采取预加工这一手段来对内应力进行处理，针对部分有着较大加工余量的毛坯部件，可以使用分布加工这一手段，先将大部分毛坯余量取出，经过一段时间的放置后采用粗加工手段来全面释放内应力，然后在对后续毛坯余量进行半精加工或精加工，不断降低加工余量可能出现的应力破坏，有效提升加工精度，最大化地降低变形情况的产生概率。

2.2 改善刀具切削性能

第一，选择合理的刀具参数。在进行刀具参数选择时，应当考虑到以下几个方面：一是刀具前角。要保持足够的刀刃强度，前角较大的刀具在铝合金零件加工中起到了重要的作用，因为前角越大，那么刀刃切削也就更为锋利，就可以有效减少切削力，防止切削变形的出现，同时也能够完成磨削屑的快速排出，减少了切削热量。二是刀具后角。后角大小会对后刀面磨损产生影响，进而让加工表面质量得以改变。当前部分工作人员在进行粗铣的过程之中对于工作效率过度重视，往往会采取较大的切削进给量，这样一来相应的切削量也就更大，如若刀具散热性不符合标准，那么就会引发变形。而刀具后角较大时，就能够最大化地避免后刀面与加工表面之间所出现的摩擦，且在精铣的过程中也能够得到更佳的效果。三是螺旋角[2]。螺旋角会对铣削过程中的铣削力以及平稳性产生一定的影响，正确的螺旋角会让铣削振动频率大幅减少，防止波动以及变形情况的出现，故而铣刀螺旋角不宜过大也不宜过小。四是主偏角，工作人员可以对主偏角进行适当的减少，以此来让刀具刀口与加工面有着更大的接触范围，这样一来就能够有效改善散热条件，降低内部平均温度。究其原因，主要是因为主偏角大小和铣削过程中的径向力大小有着紧密的联系，主偏角越小，那么径向力也就越小，工件变形概率也就越低。

第二，合理选择刀具结构。工作人员可以通过梳齿铣刀来让碎屑有更大的空间，由于铝合金材料有着良好的塑性，在切削时出现变形的概率较大，而梳齿铣刀则会在特定直径下有着较大的容纳空间，能够有效缓解切屑堆积而引发的挤压变形。同时也可以通过双正前角铣刀来降低积屑瘤的产生数量，有效维持切削力的稳定性，降低变形发生概率。

第三，对刀具质量进行严格的控制。首先可以通过合理的途径来让刀齿有着更佳的表面质量，可以利用细油石轻轻打磨，让除磨刀细齿切削表面显得较为光滑，减少内部摩擦而引发的切削热，这样就会降低切削变形产生概率[3]。同时还必须要对刀具磨损标准进行有效的控制，在使用刀具进行切削一段时间之后，势必会产生不同程度的磨损，为了降低磨损所带来的不利影响，工作人员应当选择具备上佳耐磨性的刀具材料，并及时对其磨损部位进行维护。

2.3 改善工件装夹方式

针对薄壁型衬套零件，在进行加工的时候必须要重视夹紧角度与力度，通过轴向端面压紧的方法来有效防止变形的出现；针对薄壁板类型零件，工作人员则可以采取真空吸盘来提升其夹紧程度，同时也可以在精加工即将完毕之前，松一下压紧部件来恢复弹性，之后在压紧，保证精加工的压紧力即可。

2.4 优化刀具加工路径

传统铣削加工为了让加工效率得以增强，一般会选取大切、快给进这一加工模式，相对而言有着较大的切削力度，很容易让刀具出现变形现象，并且所用的夹紧力也过大，工件变形概率较大。针对这一问题，可以通过CAD或CAM技术来让传统加工中的生产曲线得以优化，生成合理的刀具加工路径，有效确保加工效率，进而对变形情况进行科学的控制。

2.5 选择适当的加工流程

在进行铝合金材料加工时，应当根据铝合金的实际特征来有效控制变形情况的产生，选择相契合的加工流程，这样才能够保障成品的质量。例如粗加工以及精加工分离的方式，可以有效降低粗加工可能引发变形的概率[4]。针对部分精度要求较高的零件，在完成粗加工之后必须要静置一段时间再开始后续的精加工，通过精加工能够让粗加工所存在的问题得以改善，也可以修复变形可能性，确保零件有着较高的精度；如若加工余量相对较大，单方面连续加工就会集中热量，提升散热的难度，此时就可以选择对称双面多次加工的方式来让散热条件得以改善，有效防止应力过于集中而引发的变形；针对同一方向有多个型腔的零件，加工的时候选择逐层加工的方式完成，可以消除零件受力不均匀导致的变形。