鋁合金零件加工變形的解決方法

陳亮

摘要：本文介紹了鋁合金機械加工變形原因，提出了解決鋁合金零件加工變形的方法。以作者的工作實踐經驗介紹了這些方法在實際機械加工中的應用。

關鍵詞：鋁合金;加工變形;殘余應力;切削熱;切削力;裝夾變形和回彈

0? 引言

在機械加工中，影響鋁合金零件變形主要有三個因素：毛坯殘余應力的釋放、切削熱與切削力引起的變形、工件的裝夾變形和回彈。要解決鋁合金加工變形問題，必須針對以上各個因素制定相應的加工方法，安排合適的加工工藝方案。

1? 鋁合金加工變形的解決方法

1.1 鋁合金加工變形的解決方法

1.1.1 利用先進的加工技術解決鋁合金的加工變形

先進的加工技術比傳統的加工技術相比，更能有效地解決了零件加工過程切削力、切削熱和工件的裝夾變形和回彈的問題。以下列舉了幾種先進的加工技術。

①高速切削技術。②電流變（ER）技術。③激光加工技術。④水射流加工技術。⑤超聲波加工技術。⑥離子束加工技術。⑦等離子加工技術。⑧線切割加工技術。

1.1.2 利用切削刀具解決鋁合金的加工變形

與黑色金屬相比，鋁合金材料在切削過程中產生的切削力較小，可以采用較大的切削速度，但容易粘刀、形成積屑瘤，鋁合金材料的導熱系數高，切削時由切屑和零件導出的熱量較多，切削區溫度較低，所以刀具耐用度較高，但零件本身溫升較快，容易引起變形。因此，選用合適的刀具材料，在刀具材料的基礎上選用合適的刀具角度，并提高刀具表面的粗糙度要求，對降低切削力和切削熱十分有效。

1.1.3 利用熱處理解決相合金的加工變形

消除鋁合金材料加工應力的熱處理方法主要有去應力退火、再結品退火、均勻化退火時效。

1.1.4 利用冷處理解決鋁合金的加工變形

解決鋁合金加工變形的冷處理方法只要有振動時效和人工冷校形。由于冷處理方法節能、生產周期復、生產費用低，所以在生產過程中應用較多。

1.2 機械加工中應用實例

1.2.1 鋁合金硬鋁板材

鋁合金硬鋁板料在軋制后表面產生壓應力，而心部呈拉應力狀態。如對板料進行表面切削加工，由于板料表面的拉應力的變化，則可能引起零件翹曲。對于設計精度要求不高的零件（例如墊板、支撐板），也可采用不需加熱處理的簡單方法。即在板料加工余量一定的情況下，采用上下平面去除余量均等的原則，在上平面去除δ厚度的余量，然后翻面重新裝夾，去除另一面δ厚度的余量，加工時采用粗加工去除較大的余量，然后梯次減小的原則。在加工余量一定的情況下，每次加工的余量越小，反轉的次數越多，則工件加工后變形越小， 在加工過程中如果利用切削液進行冷卻，粗加工后進行自然時效，再進行精加工能有效控制變形。

例1：零件為鋁型材補充加工而成。由于零件長度較長，切削的余量較大，較易產生零件變形。（零件圖見圖1）

①在銑削加工時：加工槽深，保證6。因為槽的深度較高，應該分多次銑削，去除余量。銑削的時候也要注意銑削刀具的走刀方向，減少零件的變形。零件長度較長，零件鐵削分3段。每層銑削后進行自然時效，每次銑削厚度的進給量應適當的減小。②銑兩端缺口保證2613、44、 95°及24.8，鉆孔。③自然時效。④銑24缺口，鉆孔。

例2：該零件原材料為板材，數銑加工內腔去除余量大，產生較大的內應力，內應力釋放后使板材產生翹曲。（零件圖見圖2）

解決方案：

①增加原材料厚度，加工厚度面修正變形量，保證平面度;②將數銑內容分為相銑、 半精銑和精銑，分布加工減少產生的應力，每個步驟間增加去應力退火工序，控制變形;③粗銑零件時反面增加去應力槽，使零件內應力充分釋放，再進行半精加工去余量（半精銑每個加工面預留加工余量1m），最后精銑至圖示尺寸;④粗銑采用拼裝夾具夾緊， 半精銑去除應力槽后采用壓板壓緊，精銑也采用壓板壓緊。

1.2.2 鋁合金長軸類零件

鋁合金長軸類零件，先粗去余量，自然時效48小時后（加工余量大自然時效時間更長）再精加工。采用一夾一頂裝夾零件，粗加工后去除頂尖孔，精車重新制頂尖孔后再加工。需要注意粗加工盡量去除加工余量，讓零件釋放內應力，減少殘存應力對精加工的影響。加工路線：粗加工——自然時效——半精加工——自然時效——精加工。

例3：零件分析：（零件圖見圖3）

①零件下料方式不當：產生內應力，原材料彎曲。②車加工中的變形：該零件結構為細長軸，采用一頂一夾加工，零件和車刀晃動大，造成零件變形。③零件加工后的變形：半成品零件存在較多的內應力，未能及時消除，造成零件變形。

解決方案：

①明確下料方式，使用鋸床下料，這種方式可以有效的避免下料變形。

②具體加工路線如下：

工步1粗車：鉆頂尖孔，一夾？準18一頂車一半外圓由？準18至？準14;調頭鉆頂尖孔，一夾？準14一頂車另一半外圓由？準18至？準12;將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時效48小時以上，讓零件內應力釋放。

工步2半精車：車掉上工步頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準12一頂車一半外圓由？準14至？準12.4;調頭車掉原來頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準12.4一頂車一半外圓由？準12至？準10.4; 將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時效24 小時以上，讓零件內應力釋放。

工步3精車：車掉原來頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準10.4一頂車一端外圓由？準12. 4至？準12;調頭車掉原來頂尖孔，重新制頂尖孔，一夾？準12一頂車一半外圓由？準10.4至？準10;將零件豎直放（使零件直徑方向不受力），自然時效24小時以上，讓零件內應力釋放。

工步4：精車加工兩端螺紋孔。

2? 結論

本文解釋了鋁合金的鋁合金零件加工變形產生原因，介紹了解決鋁合金機械加工變形的方法，并針對零件機械加工實例提出了相應的方法，為后續生產加工鋁合金零件提供切實可靠的的依據和指導。

鋁合金機械加工變形與鋁合金零件加工的質量有緊密的聯系，如何更好的控制鋁合金加工變形，減少零件內的殘余應力，一直受到國際上重視。

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