薄壁鋁合金零件加工與工藝分析

卞強 陳柯偉

摘 要：鋁合金在實際加工過程中存在易變型的問題，特別是加工余量大，可裝夾面較小的情況下，本文通過對某軍品中單位用量較大的鋁合金零件進行分析，詳細介紹了零件加工工藝流程的制定，包括零件的加工方法，加工中遇到的問題及如何解決問題，最后成功制定出合理工藝流程，保證質量的同時也提高了生產效率。

關鍵詞：鋁合金；易變型；工藝路線

一、零件概況

拉板支架是我廠某雷達單位用量較多的零件，該零件起到支撐、定位等作用，該零件加工余量較大，裝夾方式至關重要，如何在保證零件不變形的情況下提高生產效率，保證每批次較大數(shù)量的投產能按期完成，這成了擺在面前最主要的問題。

零件采用鋁合金板2A12 H112，該材料為鋁—銅—鎂系中的典型鋁合金，成份較為合理，綜合性能較好，該合金的特點是強度高，但線性膨脹系數(shù)較大，零件薄壁部分在切削力、切削熱、切削振顫等因素影響下極易變形。合理的進給、裝夾、轉速都將對加工質量有著顯著的影響。

二、工藝分析

（1）切削速度對塑性變形和表面粗糙度影響較大，低速切削時塑性變形比較小，表面粗糙度會降低，高速切削時，塑性變形的速度沒有切削速度快，比較容易得到好的粗糙度。

（2）塑性變形的深度和塑性變形的程度，也會受到刀具的幾何形狀的影響，因為不同幾何形狀會影響到切削力。

（3）進給量和背吃刀量的變化，會造成切削力的變化，從而導致塑性變形層的程度以及塑性變形的深度受到影響。

（4）工藝參數(shù)的選擇和加工方式的不同，對側銑薄壁零件切削力有很大影響，主要是軸向切深，進給量次之、最后是徑向切深以及切削速度。環(huán)形切削與斜插切削對切削力的影響也不容忽視。

（5）機械加工過程中，由于受到夾緊力、切削力、重力、慣性力等作用，會引起工藝系統(tǒng)的變形，同時，切削力受力點位置的不斷變化、毛坯加工余量變化以及材料硬度變化，也會引起工藝系統(tǒng)變形的變化。工藝系統(tǒng)的變形及其變形的變化都會產生工件的尺寸誤差和幾何形狀誤差。但是通過合理選擇切削量和刀具幾何參數(shù)，可盡量減少切削力及切削力變化所引起的變形，為盡力減少誤差復映規(guī)律所造成的變形，應合理分配加工余量，分多次走到加工，把該形式的變形控制到最小。

三、工藝措施

（1）薄壁零件銑削時變形是多方面的，裝夾工件時的夾緊力，切削工件時的切削力，工件阻礙刀具切削時產生的塑性變形和彈性變形，切削部位溫度升高而產生的熱變形等，其中切削用量多少對切削力的大小的影響最為顯著，同時進給量、切削速度、背吃刀量三者緊密相關，如果減少背吃刀量、增大進給量，切削力會有所下降，但工件表面粗糙度值大，也會導致薄壁零件的內應力增加，同時不利于加工效率，但在吃刀量不變的情況下增加進給量，則對刀具要求過高，同時切削力會增大，對批量加工薄壁零件較為不利，也會導致零件變形，所以，粗加工時，吃刀量和進給可以稍大，精加工時吃刀量盡量控制在0.3-0.5之間，進給量在400左右，甚至更小，主軸轉速應當控制在2500-3500之間，精銑時用盡量高的切削速度。合理分配則能減少切削力，從而減少變形。

（2）在銑削鋁合金時，切削溫度不會太高，易崩碎切屑，導致切削力集中在刀刃處，所以較好的抗彎強度和韌性是刀具的首要條件，鎢鋼刀在抗彎強度以及韌性方面表現(xiàn)較好。確定刀具材料后，刀具的幾何形狀尺寸就是主要因素。粗加工時，前角可選較大一些，刃口鋒利切屑易于流出，變形和摩擦力就會減少，切削力也會較小。精加工時切削厚度相對少，切削力小，可選用較大的后角。

（3）制定合理的加工工藝和工藝方法。粗加工時為了提高生產效率，應迅速去除多余材料，薄壁部位與其它部分一起粗加工，關鍵薄壁部分要留多余量防止粗加工時速度過快、吃刀量大造成變形。同時為了提高效率，應當一次裝夾多個零件，所以在加工毛坯時應當提高各面之間的垂直度，方便后續(xù)工序的裝夾。精加工時，采用如圖二所示裝夾方式，一次精加工兩個零件。

同時通過墊鐵實現(xiàn)有效裝夾厚度為2，這樣有效利用了底部薄壁部分作為支撐，有效提高了該處薄壁的夾緊力，采用分層銑削挖槽走刀方式，讓應力均勻釋放。精加工需達到尺寸精度和表面精度的要求，同時兼顧效率，通過多次試驗后得到每層切削深度0.5，進給量為400，主軸轉速3500，大大提高效率的同時也保證了質量。

四、結論

實踐證明針對鋁合金2A12薄壁類零件，通過改進加工方法和切削工藝，合理選用刀具，優(yōu)化走刀路徑，設置銑削參數(shù)，完全可以在保證加工后不變形和精度的前提下大大提高生產效率。該方法也可用于銅及銅合金。

參考文獻：

[1]《機械加工工藝設計手冊》.航空工藝出版社，1987.

[2]《機械設計師實用手冊》.天津科學技術出版社，1992.