鋁合金機(jī)械加工中擠壓和切削控制問題

摘 要：鋁合金擠壓技術(shù)就是鋁合金（變形）錠用擠壓機(jī)擠壓成型的工藝，文章就鋁合金材料的物理特性，對(duì)鋁合金材料的擠壓技術(shù)和切削的工作流程進(jìn)行分析，鋁型材的擠壓切削技術(shù)相關(guān)問題進(jìn)行了討論，提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金；擠壓技術(shù)；擠壓磨具

1 鋁合金型材的機(jī)械性能

鋁合金材料主要合金元素為鎂與硅，具有加工性能極佳、優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。鋁合金型材以其良好的塑性、適中的熱處理強(qiáng)度、良好的焊接性能以及陽(yáng)極氧化處理后，表面華麗的色澤等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于建筑型材、灌溉管材、供車輛、臺(tái)架、家具、升降機(jī)、柵欄等用的管、棒、型材。鋁合金廣泛用于建筑鋁門窗、幕墻的框架，為了保證門窗、幕墻具有高的抗風(fēng)壓性能、裝配性能、耐蝕性能和裝飾性能，對(duì)鋁合金型材綜合性能的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)型材標(biāo)準(zhǔn)。

鋁合金的典型機(jī)械性能

2 鋁合金擠壓過程控制

擠壓鋁型材產(chǎn)品的流程非常重要，作為企業(yè)鋁材擠壓，對(duì)產(chǎn)品的精度要求較高，所以好的制度流程尤為重要。鋁合金擠壓過程實(shí)際是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始的，因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)是基于給定的使用要求，使用要求決定了產(chǎn)品的許多最終參數(shù)。如產(chǎn)品的機(jī)械加工性能、表面處理性能以及使用環(huán)境要求，這些性能和要求實(shí)際就決定了被擠壓鋁合金種類的選擇。而同一中鋁合金擠壓出來的鋁型材性能則取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)形狀。而產(chǎn)品的形狀決定了擠壓模具的形狀。設(shè)計(jì)的問題一旦解決了，則實(shí)際的擠壓過程就是從擠壓用鋁鑄棒開始，鋁鑄棒在擠壓前必須加熱使其軟化，加熱好的鋁鑄棒放入擠壓機(jī)的盛錠筒內(nèi)，然后由大功率的油壓缸推動(dòng)擠壓桿，擠壓桿的前端有擠壓墊，這樣被加熱變軟的鋁合金在擠壓墊的強(qiáng)大壓力作用下從模具精密成型孔擠出成型。這就是對(duì)現(xiàn)在使用最為廣泛的直接擠壓的簡(jiǎn)單描述，間接擠壓是一個(gè)相似過程，但是也有些非常重要的不同處，在直接擠壓過程，模具是不動(dòng)的，由擠壓桿壓力推動(dòng)鋁合金通過模具孔。在間接擠壓過程。模具被安裝在中空的擠壓桿上，使模具向不動(dòng)的鋁棒坯進(jìn)行擠壓，迫使鋁合金通過模具向中空的擠壓桿擠出。

根據(jù)圖紙或者樣品了解此產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，確定有無擠壓難點(diǎn)，應(yīng)如何控制。經(jīng)雙方確認(rèn)圖紙就可以安排就行模具制造。鋁型材熱擠壓模具不同于一般的機(jī)械零件加工，而是介于機(jī)械加工與壓力加工之間的一種工藝性設(shè)計(jì)。除了應(yīng)參考機(jī)械加工所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素。模具設(shè)計(jì)好以后需要進(jìn)行加熱，同時(shí)鋁棒應(yīng)該加熱到擠壓所需的溫度，然后擠壓試樣。接著，試樣出來的半成品需要由技術(shù)人員對(duì)尺寸表面等進(jìn)行仔細(xì)地檢驗(yàn)，如果不合格，應(yīng)該制定詳細(xì)的模具返修方案，待確認(rèn)后，可再進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行表面處理，如氧化，噴涂，拋光等等，表面處理后在進(jìn)行成品檢驗(yàn)，包括尺寸形位公差，表面是否劃傷，硬度檢驗(yàn)等等。在生產(chǎn)流轉(zhuǎn)過程中，按區(qū)域推放，防止磁刮傷和表面的污染。

3 鋁合金擠壓切削工藝中的問題

3.1 鋁合金機(jī)械加工難點(diǎn)一

在航空領(lǐng)域、汽車及機(jī)械類領(lǐng)域中，鋁合金精密原材料應(yīng)用越來越廣泛，由于其原材料易切削性高，所以，在以上所述的領(lǐng)域中相應(yīng)零件尺寸精度，零件表面粗糙度要求都很高。機(jī)械加工時(shí)為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)設(shè)備、夾具、尤其是刀具都有很高的要求。根據(jù)加工零件的尺寸要求及加工前毛坯的余量，加工刀具分為：a粗加工，b半精密加工，c選擇合理的加工余量設(shè)計(jì)精臺(tái)階鉸刀（根據(jù)圖紙的臺(tái)階尺寸要求）。

3.1.1 刀具原材料的選擇：針對(duì)鋁合金原材料硬度，機(jī)械性能選擇切削刃具的材料，一般是粗加工應(yīng)用硬質(zhì)合金，鋁合金精密加工應(yīng)用金剛石材料：在刀具粗，精加工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面根據(jù)臺(tái)階尺寸的要求，合理設(shè)計(jì)刀具尺寸，特別是精加工刀具結(jié)構(gòu)。

3.1.2 案例分析：如圖所示，在中間圓圈標(biāo)識(shí)處臺(tái)階處不能形成突起和圓角。

問題：類似此類孔加工，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及功能要求，在產(chǎn)品局部圖所示中的臺(tái)階倒角處，無法在倒角處完全達(dá)到理論值，由于鋁合金材料在加工過程中容易產(chǎn)生擠壓變形，尤其在銳邊處形成突起。

原因分析：（1）由于精密加工刀具的制作工藝特點(diǎn)，即成型刀具是采用線切割機(jī)床完成臺(tái)階制作的，而線切割的鉬絲最小直徑為D0.25。（2）刀具加工過程中機(jī)床主軸和刀具刀柄的跳動(dòng)，原材料的塑性變形導(dǎo)致形成的突起。所以，在機(jī)加工行業(yè)中按照常規(guī)的刀具設(shè)計(jì)和制作工藝是無法滿足設(shè)計(jì)要求，而此處由于零件的裝配及功能要求是無法讓步的。

目前的解決方案：為了避免產(chǎn)生圓角，采用非常規(guī)的刀具設(shè)計(jì)方法（錯(cuò)齒）設(shè)計(jì)出的刀具。該解決方案的缺陷：雖然滿足了形狀要求，但是在加工過程中由于單刃切削，會(huì)大大降低刀具的切削穩(wěn)定性從而劃傷孔口。

3.2 鋁合金機(jī)械加工難點(diǎn)二

鋁合金加工中，表面在Ra0.1內(nèi)孔使用于活塞運(yùn)動(dòng)和要求密封較嚴(yán)格的場(chǎng)合。對(duì)于要求孔內(nèi)表面光潔度極高的Ra0.1以內(nèi)，并且大批量生產(chǎn)在機(jī)械加工中，應(yīng)該屬于比較困難的不太容易實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)分析：金屬加工本身是由刀具擠壓零件加工部分由彈性變型-塑性變型-切斷來實(shí)現(xiàn)的，避免刀具撕扯零件加工部為，在刀具上考慮，使刀具刀刃必須鋒利，要零件本身彈性變型塑性變型時(shí)間縮短，盡量小的影響加工后表面。批量持續(xù)生產(chǎn)需要考慮刀具耐磨性，提升刀具材質(zhì)，在鋒利狀態(tài)保持時(shí)間更長(zhǎng)。鋁合金在金屬加工本身韌性延展較好，不容易斷屑，解決斷削問題或連續(xù)排削，避免切屑劃傷孔內(nèi)表面。

目標(biāo)實(shí)現(xiàn)：刀具采用聚精金剛石，刃口要十分鋒利，在切削部分必須保持鋒利，磨損后表面質(zhì)量很差。

3.3 鋁合金機(jī)械加工難點(diǎn)三

螺紋孔口毛刺問題，在液壓閥類領(lǐng)域中，螺紋連接應(yīng)用是比較廣泛，并且對(duì)毛刺、清潔度要求都很高。機(jī)械加工時(shí)為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)設(shè)備、夾具、尤其是刀具都有很高的要求。將螺紋和孔口直徑一道加工出來對(duì)刀具進(jìn)行更改，這樣就不會(huì)有毛刺產(chǎn)生，降低風(fēng)險(xiǎn)。

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