鋁合金材料的機械加工工藝研究

黃宙晟

摘要：作為現(xiàn)代加工業(yè)中使用量較高的合金材料，鋁合金材料具有強度高、密度大、塑性強以及點導(dǎo)熱熱抗蝕等方面的特性，其比強度接近高合金鋼，比剛度超過鋼，具有良好的鑄造性能和塑性加工性能、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，良好的耐蝕性和可焊性。以上良好的基本性能使其在機械加工生產(chǎn)中的使用頻率顯著提升。然而隨著使用率的提高，使用范圍的更加寬廣，鋁合金零部件的復(fù)雜性亦有所提高，對機械加工質(zhì)量也提出了更高的要求。對此，本文將從鋁合金加工工藝的影響因素和加工工藝設(shè)計兩方面進行探析，旨在通過提升優(yōu)化加工工藝的方式，促進鋁合金零部件精讀的提升。

關(guān)鍵詞：鋁合金材料;機械加工;加工工藝

一、鋁合金材料機械加工工藝的影響因素

（一）鋁合金材料性能

在工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的推動下，鋁合金材料的應(yīng)用范圍顯著擴大，相較而言，鋁合金材料與其他材料性能具有較大差異。鋁合金材料焊接性能較差，其在焊接完成之后，焊縫中會留下多種不同類型的焊接缺陷，具體表現(xiàn)為嚴(yán)重氣孔與嚴(yán)重裂紋等。此外，鋁合金材料具有收縮性較強的特征，其在焊接過程中，除極易出現(xiàn)裂紋外，焊接變形也是一大問題。對此，在實際的加工工藝設(shè)計過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)強化對這一問題與特點的把控，盡可能規(guī)避焊接缺陷，實現(xiàn)鋁合金材料的高效利用。此外，鋁合金材料還具有良好塑性、強度以及低密度等方面的特征。因此，在使用鋁合金材料的過程中，應(yīng)當(dāng)側(cè)重于新方法的采用，用以推動鋁合金材料使用率的提升。整體而言，在鋁合金材料加工的過程中，加工工藝設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對鋁合金材料的特點進行全面把控，并以此為依據(jù)優(yōu)化機械加工工藝，以保障鋁合金材料加工損耗率的降低

（二）切削加工參與應(yīng)力

1.2.1應(yīng)力綜合應(yīng)用

在零部件加工過程中，切削會導(dǎo)致應(yīng)力平衡發(fā)生變化，進而對被加工材料內(nèi)部組織狀態(tài)產(chǎn)生影響。在鋁合金材料加工過程中，涉及刀具切削的環(huán)節(jié)，且以切削方向的差異為依據(jù)，鋁合金材料會發(fā)生變形和牽制相鄰里層的效果，鋁合金材料的表層會發(fā)生殘余拉應(yīng)力，而鋁合金材料里層則會產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在兩者的綜合作用下，材料發(fā)生變形。對此，在鋁合金材料機械加工的過程中，應(yīng)當(dāng)強化對該特點的把控，促進鋁合金材料加工質(zhì)量的提升。

1.2.2殘余拉應(yīng)力

在切削操作的過程中，摩擦阻力會對被加工材料塑性產(chǎn)生影響。切屑加工時，鋁合金材料表面產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致材料膨脹，若鋁合金材料里層溫度較低，被加工表層受熱發(fā)生膨脹，則會導(dǎo)致金屬表層出現(xiàn)熱應(yīng)力現(xiàn)象，若熱應(yīng)力超出鋁合金材料本身的屈服極限，則會導(dǎo)致鋁合金材料出現(xiàn)壓縮塑性性的變形問題。在切削操作完成之后，鋁合金零部件表面溫度會呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，且體積會隨之不斷縮小，進而導(dǎo)致金屬表面拉應(yīng)力的形成，此時里層亦會殘留一定的拉應(yīng)力，進而導(dǎo)致鋁合金零部件出現(xiàn)變形的問題。

1.2.3切削熱

在刀具操作的影響下，被切削的金屬會出現(xiàn)彈性，產(chǎn)生一定塑性變形，這即是切削熱主要來源，切屑與前刀面間的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量。一般而言，影響切削溫度的因素主要包括切削用量、刀具幾何角度以及刀具磨損三個方面。

切削用量。一方面指切削速度對切削溫度的影響，若切削的速度處于持續(xù)性上升狀態(tài)，切削的溫度也會隨之提升。另一方面，加工時吃刀量的變化也會產(chǎn)生熱量，從而改變加工材料區(qū)域的散熱面積，進而影響切削溫度。

刀具幾何角度。主要是指刀具前角若不斷增大，切削溫度也會素質(zhì)降低，主要原因在于前角的增加，單位切削力有所降低，進而達(dá)到降低切削熱的效果。若刀具前角在25到30度之間，則不會對切削溫度產(chǎn)生不良影響，主要原因在于刀具前角減少，散熱體積會降低，主偏角減少，切削寬度增加，切削減小之后，切削溫度也會隨之降低。此外，若刀尖圓弧半徑在0到0.5毫米之間，也不會對切削溫度產(chǎn)生不良影響，主要原因在于刀尖弧度半徑增加，塑性變形增大，刀具散熱效果被改善，熱量傳出量增加，兩者間的平衡，保障了切削溫度的穩(wěn)定性。

刀具磨損，當(dāng)?shù)毒吣p值達(dá)到特定范圍時，將會對切削的溫度產(chǎn)生影響，切削速度越快，刀具磨損越加劇，所產(chǎn)生的影響會更大。

二、鋁合金材料機械的加工工藝設(shè)計

（一）粗加工

在鋁合金材料的加工過程中，一般側(cè)重于從提升鋁合金材料可靠性和穩(wěn)定性的角度出發(fā)，對基準(zhǔn)進行準(zhǔn)確把控。由于鋁合金材料加工時對加工的效率和精度的精準(zhǔn)控制具有較高的難度，因此，在優(yōu)化鋁合金材料加工的工程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)強化對鋁合金材料特點的把控，針對于粗加工階段，以保障鋁合金材料的材料基本性能與加工精度和尺寸為出發(fā)點，選用適應(yīng)性更高的加工工藝。若零件存在特殊形狀要求，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)綜合冷卻潤滑、刀具吃刀量以及加工進給量等方面的考量，在保證被加工材料力學(xué)性能的同時改善加工區(qū)域積熱情況、保障加工進度。

（二）精加工

在鋁合金材料的加工過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對被加工零件的實際預(yù)加工情況進行把控，若材料已經(jīng)經(jīng)過粗加工處理，可以適當(dāng)減少精加工工作量，通過選用高精度加工的方式，提升零件加工精精度。此外，精加工時產(chǎn)生的切削熱會對加工誤差產(chǎn)生不利影響，尤其是鋁合金材料熔點較低，高溫狀態(tài)下極易發(fā)生變形。設(shè)計人員在優(yōu)化精加工工藝的過程中，應(yīng)當(dāng)強化對加工過程溫度的把控，從而降低切削誤差問題發(fā)生的可能性，進而達(dá)到保證加工零件外形尺寸和精度的目標(biāo)

（三）冷熱處理

在鋁合金材料加工的過程中，熱處理需要借助再結(jié)晶退火和人工時效等方面進行處理。若被加工零件較為簡單，加工流程為：先粗加工，再熱處理，最后精加工。若需要加工的零件較為復(fù)雜，加工流程為：先粗加工、熱處理半精加工，之后再進行熱處理，最后精加工。在優(yōu)化鋁合金材料加工工藝的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對零件所需的力學(xué)性能進行分析，并以此為依據(jù)對加工工藝進行選擇與設(shè)計。若鋁合金材料對加工進度和受力情況有較高的要求，則應(yīng)當(dāng)先實施精加工，之后再進行熱處理，降低零部件加工完成后由于殘留應(yīng)力導(dǎo)致的局部集中，提升零部件整體力學(xué)性能。同時，借助冷處理還能有效改善鋁合金材料內(nèi)部原子間組織結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高尺寸穩(wěn)定性的目標(biāo)。

（四）加工刀具

鋁合金材料具有熔點較低、導(dǎo)熱系數(shù)較高的特點，在切削的過程中易產(chǎn)生和傳導(dǎo)較多熱量，在切削過程中，會出現(xiàn)材料溫度快速提高的現(xiàn)象。由此，在優(yōu)化鋁合金材料加工工藝的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)強化對刀具設(shè)計與選擇的把控，降低刀具表面的粗糙性，降低切削力。此外，在鋁合金材料加工的過程中，應(yīng)當(dāng)避免使用以氧化鋁基為主要材料的陶瓷刀具，主要原因在于被加工的鋁合金材料會因為受熱氧化而生成氧化鋁，從而與刀具材料出現(xiàn)一致性特征，同性質(zhì)的材料接觸會出現(xiàn)相互吸引的情況，會導(dǎo)致切削摩擦力的增加，導(dǎo)致刀具磨損加劇，被加工材料表面精度以及整體加工精度失控。對此，在刀具選擇方面，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)以加工需求和鋁合金材料特點為出發(fā)點。

結(jié)束語：

綜上所述，鋁合金材料在加工過程中易受到多種因素影響，設(shè)計人員在優(yōu)化選擇加工工藝的過程中，應(yīng)以鋁合金材料基本力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)性質(zhì)為出發(fā)點，優(yōu)化粗加工、精加工、冷熱處理、加工刀具選擇等幾方面，改善鋁合金材料加工工藝，提升加工工藝的科學(xué)性與合理性，在優(yōu)化加工中鋁合金材料損耗率的同時為被加工零件的力學(xué)性能、零件外形尺寸和精度提供更有效的基礎(chǔ)保障。

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