2A12合金薄壁零件機械加工方法探討

楊繼紅　楊小軍　于魯萍

摘 要：2A12是可熱處理強化鋁合金，廣泛應用于航空航天行業制品中。在2A12合金薄壁零件機械加工過程中，保證加工精度的關鍵是解決好零件變形問題。本文通過對影響該類零件機械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機械加工變形的措施，結合加工過程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機械加工方法。

關鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機械加工方法

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進行熱處理的強化鋁合金，經人工時效、自然時效或者固溶熱處理后其強度較高。它具有良好的機械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業結構件中應用廣泛。薄壁結構件的加工變形問題，涉及力學、工程材料、機械制造等多個學科領域，是零件機械加工工藝中的瓶頸問題之一。本文通過對影響2A12合金薄壁零件機械加工變形因素的分析，結合典型零件的加工方法，闡述了機械加工過程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設備等均有關系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學性能中，對切削變形影響最大的是塑性。一般來說，工件材料的塑性越小，強度越高，則變形系數越小[1]；切削速度對切削變形的影響通過積屑瘤來作用；刀具前角增大，切削變形減小；刀尖圓弧半徑越大，變形系數越小。圖1列出了影響薄壁零件機械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國內航空航天行業上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標準是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學性能，若選用較厚的材料，抗拉強度σb與規定非比例伸長應力σp0.2就較為相近，但是伸長率δ的比較，前者遠比后者小，也就是說鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長率是遠遠小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設計圖紙塑性要求的基礎上，要盡量不選用T4狀態的板材，而應選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關于組織結合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說關于力學性能，橫向的要高于縱向的，例如：實驗證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機械加工的過程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發揮，纖維方向在機械加工之初（下料時）就要注意了，加工零件時要沿纖維方向，減少加工過程中發生的變形，提高其加工精度。關于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會發生變形，切削過程中易出現“過切”或“欠切”現象；薄壁零件結構復雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對于框架類零件時薄壁結構的，可以使用壓板裝夾，應該采用多點壓緊并且分布均勻、對稱，壓板要壓在零件的實體位置。裝夾時利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進行銑成，在做最后一次的加工之前，應松開被夾緊的零件，重新分布內應力，再夾緊，最后進行精加工；夾緊力也不要過大，應在確保切削力不能夠使零件產生位移的基礎上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機床上檢測零件平面度合格，可是松開鉗口后，平面度便會超差。

3 結語

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強度高等特點，是航空航天結構件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機械加工過程中，變形的產生幾乎是不可避免的，應該在實踐中了解并掌握切削變形的規律，通過采用有效方法，控制零件的加工過程，使加工過程始終處于一個良好的狀態，確保零件的表面質量和加工精度。

參考文獻

[1] 黃鶴汀，吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機械制造基礎[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓教程[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5] 何平.數控加工中心操作與編程實訓教程[M].北京：國防工業出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可熱處理強化鋁合金，廣泛應用于航空航天行業制品中。在2A12合金薄壁零件機械加工過程中，保證加工精度的關鍵是解決好零件變形問題。本文通過對影響該類零件機械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機械加工變形的措施，結合加工過程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機械加工方法。

關鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機械加工方法

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進行熱處理的強化鋁合金，經人工時效、自然時效或者固溶熱處理后其強度較高。它具有良好的機械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業結構件中應用廣泛。薄壁結構件的加工變形問題，涉及力學、工程材料、機械制造等多個學科領域，是零件機械加工工藝中的瓶頸問題之一。本文通過對影響2A12合金薄壁零件機械加工變形因素的分析，結合典型零件的加工方法，闡述了機械加工過程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設備等均有關系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學性能中，對切削變形影響最大的是塑性。一般來說，工件材料的塑性越小，強度越高，則變形系數越小[1]；切削速度對切削變形的影響通過積屑瘤來作用；刀具前角增大，切削變形減小；刀尖圓弧半徑越大，變形系數越小。圖1列出了影響薄壁零件機械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國內航空航天行業上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標準是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學性能，若選用較厚的材料，抗拉強度σb與規定非比例伸長應力σp0.2就較為相近，但是伸長率δ的比較，前者遠比后者小，也就是說鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長率是遠遠小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設計圖紙塑性要求的基礎上，要盡量不選用T4狀態的板材，而應選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關于組織結合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說關于力學性能，橫向的要高于縱向的，例如：實驗證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機械加工的過程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發揮，纖維方向在機械加工之初（下料時）就要注意了，加工零件時要沿纖維方向，減少加工過程中發生的變形，提高其加工精度。關于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會發生變形，切削過程中易出現“過切”或“欠切”現象；薄壁零件結構復雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對于框架類零件時薄壁結構的，可以使用壓板裝夾，應該采用多點壓緊并且分布均勻、對稱，壓板要壓在零件的實體位置。裝夾時利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進行銑成，在做最后一次的加工之前，應松開被夾緊的零件，重新分布內應力，再夾緊，最后進行精加工；夾緊力也不要過大，應在確保切削力不能夠使零件產生位移的基礎上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機床上檢測零件平面度合格，可是松開鉗口后，平面度便會超差。

3 結語

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強度高等特點，是航空航天結構件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機械加工過程中，變形的產生幾乎是不可避免的，應該在實踐中了解并掌握切削變形的規律，通過采用有效方法，控制零件的加工過程，使加工過程始終處于一個良好的狀態，確保零件的表面質量和加工精度。

參考文獻

[1] 黃鶴汀，吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機械制造基礎[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓教程[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5] 何平.數控加工中心操作與編程實訓教程[M].北京：國防工業出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可熱處理強化鋁合金，廣泛應用于航空航天行業制品中。在2A12合金薄壁零件機械加工過程中，保證加工精度的關鍵是解決好零件變形問題。本文通過對影響該類零件機械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機械加工變形的措施，結合加工過程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機械加工方法。

關鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機械加工方法

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進行熱處理的強化鋁合金，經人工時效、自然時效或者固溶熱處理后其強度較高。它具有良好的機械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業結構件中應用廣泛。薄壁結構件的加工變形問題，涉及力學、工程材料、機械制造等多個學科領域，是零件機械加工工藝中的瓶頸問題之一。本文通過對影響2A12合金薄壁零件機械加工變形因素的分析，結合典型零件的加工方法，闡述了機械加工過程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設備等均有關系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學性能中，對切削變形影響最大的是塑性。一般來說，工件材料的塑性越小，強度越高，則變形系數越小[1]；切削速度對切削變形的影響通過積屑瘤來作用；刀具前角增大，切削變形減小；刀尖圓弧半徑越大，變形系數越小。圖1列出了影響薄壁零件機械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國內航空航天行業上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標準是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學性能，若選用較厚的材料，抗拉強度σb與規定非比例伸長應力σp0.2就較為相近，但是伸長率δ的比較，前者遠比后者小，也就是說鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長率是遠遠小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設計圖紙塑性要求的基礎上，要盡量不選用T4狀態的板材，而應選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關于組織結合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說關于力學性能，橫向的要高于縱向的，例如：實驗證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機械加工的過程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發揮，纖維方向在機械加工之初（下料時）就要注意了，加工零件時要沿纖維方向，減少加工過程中發生的變形，提高其加工精度。關于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會發生變形，切削過程中易出現“過切”或“欠切”現象；薄壁零件結構復雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對于框架類零件時薄壁結構的，可以使用壓板裝夾，應該采用多點壓緊并且分布均勻、對稱，壓板要壓在零件的實體位置。裝夾時利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進行銑成，在做最后一次的加工之前，應松開被夾緊的零件，重新分布內應力，再夾緊，最后進行精加工；夾緊力也不要過大，應在確保切削力不能夠使零件產生位移的基礎上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機床上檢測零件平面度合格，可是松開鉗口后，平面度便會超差。

3 結語

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強度高等特點，是航空航天結構件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機械加工過程中，變形的產生幾乎是不可避免的，應該在實踐中了解并掌握切削變形的規律，通過采用有效方法，控制零件的加工過程，使加工過程始終處于一個良好的狀態，確保零件的表面質量和加工精度。

參考文獻

[1] 黃鶴汀，吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機械制造基礎[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓教程[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5] 何平.數控加工中心操作與編程實訓教程[M].北京：國防工業出版社，2010.endprint