薄壁鋁合金零件切削成型工藝分析

賈飛

摘要：鋁合金作為工業制造中常見的有色金屬，具有質量輕及容易成型等多種優勢，在航天航空及電子通信、汽車等領域應用廣泛。但薄壁鋁合金零件切削成型過程中，容易受到多種因素影響，導致材料發生變形，無法滿足設計標準。對此，本文對薄壁鋁合金零件切削設備及材料、成型工藝分析，進一步探究薄壁鋁合金零件結構及銑加工工藝，通過案例展開實踐論證，為薄壁鋁合金零件加工提供幫助。

關鍵詞：薄壁鋁合金;零件;切削成型工藝

0? 引言

鋁合金材料密度小、成本低及內應力均衡，在零件加工行業被廣泛應用。加工成型產品能在電子行業及航空航天行業應用。鋁合金零件成型能劃分為鈑金成型及機加工成型等，加工成型的工藝效果良好，能制作復雜的零件。近幾年，對零件的要求越來越高，比如，要求具有密閉性、屏蔽性、功能性等，薄壁鋁合金材料的零件受到行業關注，結構形式更加復雜，精度不斷提升，產品以單件試制型為主，模壓成型工藝及鈑金成型工藝無法適用于此類零件制作，因此，以整體切削工藝為主。對此，本文探討薄壁鋁合金零件的切削成型工藝，為相關加工行業提供借鑒。

1? 薄壁鋁合金零件切削設備及材料、成型工藝分析

1.1 切削設備

常見的銑床消除縫隙的能力不足，在加工過程中，容易發生積屑，導致切削力增加，同時受到夾緊力影響，表面加工工藝無法達到標準，薄壁位置容易變形，與厚壁材料相比差異較大。加工過程中，發生翹曲變形的概率較高。若零件復雜，普通銑床加工難度提升，加工效率降低，產品的質量也會受到影響。薄壁鋁合金零件一般采取數控加工方式，該加工方式的適用性較強，可實現多軸聯動。工作人員在設計方案過程中，利用數字化工具組織編程，通過主軸轉速及切削量、道具補償參數的調整，能對復雜的零件進行加工。比如，利用數學模型對復雜曲線進行描繪，無需利用專用夾具等設備，該加工方式的精度較高，在一次夾裝后，實現銑削及鏜銑等多道工序。若零件需多道工序，數控加工中心能精準定位，通過合理的工序，完成薄壁鋁合金零件的切削形成工作。

1.2 鋁合金材料

金屬材料的工藝性能對工藝順利開展具有直接影響，工藝人員在數據編程過程中，需思考材料的性能及特點，據此選擇適合的刀具，設定相應的參數，若刀具選擇不合理及參數設置不合理，金屬制品的加工質量會受到嚴重影響。鋁合金材料具有較高的導熱性，加工變形概率較高，薄壁鋁合金零件加工切削量較大、形狀復雜，容易導致零件加工精度降低，制品的質量無法滿足設計要求。針對薄壁鋁合金零件銑削成型工藝，在滿足產品功能的情況下，還需要選擇性能良好的2系鋁合金，比如常見的2A12及H112等。

1.3 成型工藝

產品成型是一種工藝，合理配置工序，有利于提升產品的加工精度。針對薄壁鋁合金零件，成型工藝以數控加工中心銑削成型工藝為主，通過統籌鉗工及熱處理等方法，實現熱處理及銑加工的協調作業，設計作為合理的工藝線路，保證產品質量滿足技術標準。在加工過程中，數控加工中心的銑削加工是保證零件滿足設計要求的關鍵。

2? 薄壁鋁合金零件結構及銑加工工藝

2.1 薄壁鋁合金零件結構工藝性

首先，零件結構特性。薄壁鋁合金零件結構較為復雜，結構中含有以下要素，比如，薄壁厚度具有差異性、立面存在凸臺或者凹槽，工藝多個表面具有不同結構的加工要素。其次，變形問題。對薄壁鋁合金零件成型質量產生影響的是變形問題，也是零件在加工過程中關注的主要問題。內應力及切削力、夾裝等因素容易導致產品變形。部分變形能通過合理的工藝控制，而部分變形無法完全消除。針對零件功能，需要將變形控制在標準范圍，不會對零件功能造成影響。針對零件變形問題，可以對零件技術進行調整，比如，對尺寸精度及形位精度、表面粗糙度進行調整，為保證產品形態，適當添加輔助工藝，比如，在熱處理過程中釋放應力。對工序進行合理安排，統籌各個設計基準，使形位公差及表面光潔度等滿足技術標準，通過以上方式避免變形對零件尺寸產生影響。

2.2 銑加工工藝

加工工序作為保障結構合理性的重要組成，在加工工藝開展過程中，應當對銑加工工藝進行劃分，采取先面后孔及先粗后精的工藝原則安排工序，根據數控機床的加工特點及所用刀具劃分工序步驟，同一把刀具加工之后換一下刀具作業，減少換刀次數及時間。對加工過程中重復定位問題進行分析，針對同軸度較高的孔隙，無法利用以上原則，可在定位結束后，通過順序替換刀具，在加工同軸孔隙后，加工其他位置的孔隙，保證孔隙的同軸度。

3? 案例分析

3.1 案例1

以薄壁鋁合金零件為例（見圖1），對其結構工藝進行探究。該零件屬于薄壁盒子零件，在成型過程中采取數控銑加工工藝，加工難度在內腔切削工藝，切削過程容易變形，工件不同面都需要加工，思考技術標準及經濟性，需合理配置施工步驟，先加工底面，后加工型腔，最后加工其他面，完成銑加工工藝，在保證技術標準的同時，有利于降低成本。對此零件工藝進行分析，可指定工藝順序，下料、銑基準、銑底面、銑內腔、熱加工釋放應力、精銑內腔、銑端面環槽、銑側面、鉗工鉆孔、表面處理。在第一次銑內腔后，根據鋁合金壁厚對變形進行調整，保證經濟效益。

在零件制作過程中，根據工藝流程展開工藝，但工藝表面環槽密封槽尺寸公差及內部粗糙度需控制在Ra3.2左右，腔體內部立面的凸臺，使用T型銑刀切削。下料后利用虎鉗架找正，保證外形平整度，加工底部過程中，鉆取各個孔隙。翻面夾裝找正過程中，粗銑內腔，預留一定量的余量，注意各個側面臺階，T型銑刀加工側面凸臺，根據情況施加熱處理，根據工藝標準，觀察平整度及粗糙度。翻面夾裝找正后，觀察粗精銑刀矩形臺階及各個臺階孔隙及邊角狀態，經過3次翻轉，虎鉗裝夾找正，注意周邊的倒角，鉗工對螺紋底孔處理，最后對表面進行處理。經過以上工藝處理后，能滿足該零件的設計標準。

3.2 案例2

以鋁合金薄壁零件為例（見圖2），該零件為特種設備零件，其結構含有滾筒主體及鋁合金套、PC塑料，外部鋁合金套厚度為1.5mm，屬于薄壁零件范圍。零件在裝配前將孔隙全部獨立加工，該零件套筒結構簡單，內孔及外圈中心軸重疊，保證在轉動過程中不會發生磨損。為降低材料在加工過程中的熱膨脹反應，在鋁合金外圈需控制加工的精度。對此，自工件夾裝及刀具參數、刀具材料等方面展開優化。

首先，工件夾裝。為保證車床加工的固定位置，利用兩頂尖夾裝方式進行調整，在工件上車床前制作圓形堵頭，堵頭一端是固定臺階，另一端為中心孔，外圈尺寸由零件內孔徑確定。內孔徑為50，最大間隙配合為0.02mm，堵頭直徑為50.02mm。堵頭在加工過程中利用切削工藝制作，夾裝上定位切削固定外圓中心孔，在切斷后，保證中心孔與定位臺階的形位精度，縮小定位誤差。內孔及堵頭中心孔線保持重合，只有0.02-0.03的間隙。利用頂尖裝夾方式對零件進行定位，能保證較高的夾裝精度，完成一次裝夾的加工精度。

其次，刀具參數。銑床刀具工藝參數對鋁合金薄壁零件的精度會產生影響，為保證零件的加工精度，銑床刀具設定應當根據刀具的鋒利程度及切削刃的散熱性。刀具前后角度的掌握較為關鍵，經過多次研究實踐，選擇前角15°-20°、后角7°-10°的刀片，刀片槽型為大前角，前刀面進行拋光，保證良好的切削性能。

最后，刀具材料。鋁合金材料成分中含有V5cr5Ti，常見的刀具涂層一般是鈦合金，比如，Tic及TiNC，但此類材料中含有化學成分，在切割過程中，受到力度及溫度的影響，刀具涂層會與零件發生反應，導致削末會殘留在刀具表面，對刀具的鋒利程度造成影響，零件的加工精度也會受到影響。因此，銑床刀具材料科選擇鋁合金材料或者親和性小的材料，比如，肯納KC5010刀具。由于鋁合金的可塑性強及金屬強度低，在切削過程中應當控制速度及材料的進給量，保證處于平衡狀態。在加工過程中，溫度較高時，會產生積屑瘤，通過機油潤滑，能避免積屑瘤產生，降低制品粗糙度，煤油能作為散發切削的熱量。在工藝路線上，嚴格控制切削量及銑刀深度，避免零件發生變形，根據擬定的深度及進給量加工，無法達到表面粗糙度，可以適當降低進給量，調整切削速度，從而獲得理想的粗糙度。通過上述措施，能有效解決薄壁鋁合金加工過程中的變形問題，從而保證零件的成型質量。

4? 結束語

薄壁鋁合金具有重量輕、節約材料、結構密度高等特點，工藝品在各個領域應用，多數器械設備利用薄壁鋁合金材料加工。但鋁合金薄壁零件剛性差、強度低，在加工過程中發生變形的概率較高，難以保證產品的加工質量。對此，采取合理的工藝流程能保證產品的加工質量及整體性能，在航天、航空及電子通信產品領域中應用的零件精度要求較高，因此，在零件加工過程中，應當綜合使用工藝方案，選擇合適的材料及機床、熱處理技術等，為保證薄壁鋁合金零件切削成型質量奠定基礎。

參考文獻：

[1]復雜薄壁鋁合金零件激光增材修復技術取得新進展[J].鋁加工，2019（03）：13.

[2]張志武，崔曉輝，黃長清，肖小亭，李建軍，莫健華.大型薄壁曲面鋁合金零件的電磁漸進-拉形（EMIF-SF）成形技術[J].鍛壓技術，2019，44（03）：41-49.

[3]賈建中，劉國平.薄壁鋁合金零件熱處理變形控制工藝研究[J].國防制造技術，2016（03）：10-12，34.

[4]董秋炯，李均均，陳周軍.薄壁鋁合金機殼內孔加工用固定裝置的設計研究[J].科技資訊，2015，13（04）：89.

[5]韓祥鳳，辛燕，李景才.基于減小表面粗糙度的鋁合金薄壁件切削參數優化[J]. 機床與液壓，2016，44（14）：7-10.

[6]周潤鋒.大型鋁合金薄壁回轉體零件表面粗糙度與切削三要素對應關系研究[J].機械與電子，2016，34（02）：28-30，34.

[7]黃曉峰，楊敏.高速銑削對薄壁鋁合金零件切削力影響的實驗分析與應用[J].煤礦機械，2010，31（05）：102-104.