賈飛

摘要：鋁合金作為工業(yè)制造中常見的有色金屬，具有質(zhì)量輕及容易成型等多種優(yōu)勢(shì)，在航天航空及電子通信、汽車等領(lǐng)域應(yīng)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(dǎo)致材料發(fā)生變形，無法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，本文對(duì)薄壁鋁合金零件切削設(shè)備及材料、成型工藝分析，進(jìn)一步探究薄壁鋁合金零件結(jié)構(gòu)及銑加工工藝，通過案例展開實(shí)踐論證，為薄壁鋁合金零件加工提供幫助。

關(guān)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(nèi)應(yīng)力均衡，在零件加工行業(yè)被廣泛應(yīng)用。加工成型產(chǎn)品能在電子行業(yè)及航空航天行業(yè)應(yīng)用。鋁合金零件成型能劃分為鈑金成型及機(jī)加工成型等，加工成型的工藝效果良好，能制作復(fù)雜的零件。近幾年，對(duì)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(yè)關(guān)注，結(jié)構(gòu)形式更加復(fù)雜，精度不斷提升，產(chǎn)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(duì)此，本文探討薄壁鋁合金零件的切削成型工藝，為相關(guān)加工行業(yè)提供借鑒。

1? 薄壁鋁合金零件切削設(shè)備及材料、成型工藝分析

1.1 切削設(shè)備

常見的銑床消除縫隙的能力不足，在加工過程中，容易發(fā)生積屑，導(dǎo)致切削力增加，同時(shí)受到夾緊力影響，表面加工工藝無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，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(fā)生翹曲變形的概率較高。若零件復(fù)雜，普通銑床加工難度提升，加工效率降低，產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)受到影響。薄壁鋁合金零件一般采取數(shù)控加工方式，該加工方式的適用性較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。工作人員在設(shè)計(jì)方案過程中，利用數(shù)字化工具組織編程，通過主軸轉(zhuǎn)速及切削量、道具補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整，能對(duì)復(fù)雜的零件進(jìn)行加工。比如，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)復(fù)雜曲線進(jìn)行描繪，無需利用專用夾具等設(shè)備，該加工方式的精度較高，在一次夾裝后，實(shí)現(xiàn)銑削及鏜銑等多道工序。若零件需多道工序，數(shù)控加工中心能精準(zhǔn)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(duì)工藝順利開展具有直接影響，工藝人員在數(shù)據(jù)編程過程中，需思考材料的性能及特點(diǎn)，據(jù)此選擇適合的刀具，設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，若刀具選擇不合理及參數(shù)設(shè)置不合理，金屬制品的加工質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。鋁合金材料具有較高的導(dǎo)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(fù)雜，容易導(dǎo)致零件加工精度降低，制品的質(zhì)量無法滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)薄壁鋁合金零件銑削成型工藝，在滿足產(chǎn)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(chǎn)品成型是一種工藝，合理配置工序，有利于提升產(chǎn)品的加工精度。針對(duì)薄壁鋁合金零件，成型工藝以數(shù)控加工中心銑削成型工藝為主，通過統(tǒng)籌鉗工及熱處理等方法，實(shí)現(xiàn)熱處理及銑加工的協(xié)調(diào)作業(yè)，設(shè)計(jì)作為合理的工藝線路，保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在加工過程中，數(shù)控加工中心的銑削加工是保證零件滿足設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。

2? 薄壁鋁合金零件結(jié)構(gòu)及銑加工工藝

2.1 薄壁鋁合金零件結(jié)構(gòu)工藝性

首先，零件結(jié)構(gòu)特性。薄壁鋁合金零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)中含有以下要素，比如，薄壁厚度具有差異性、立面存在凸臺(tái)或者凹槽，工藝多個(gè)表面具有不同結(jié)構(gòu)的加工要素。其次，變形問題。對(duì)薄壁鋁合金零件成型質(zhì)量產(chǎn)生影響的是變形問題，也是零件在加工過程中關(guān)注的主要問題。內(nèi)應(yīng)力及切削力、夾裝等因素容易導(dǎo)致產(chǎn)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(duì)零件功能，需要將變形控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍，不會(huì)對(duì)零件功能造成影響。針對(duì)零件變形問題，可以對(duì)零件技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，比如，對(duì)尺寸精度及形位精度、表面粗糙度進(jìn)行調(diào)整，為保證產(chǎn)品形態(tài)，適當(dāng)添加輔助工藝，比如，在熱處理過程中釋放應(yīng)力。對(duì)工序進(jìn)行合理安排，統(tǒng)籌各個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，使形位公差及表面光潔度等滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過以上方式避免變形對(duì)零件尺寸產(chǎn)生影響。

2.2 銑加工工藝

加工工序作為保障結(jié)構(gòu)合理性的重要組成，在加工工藝開展過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)銑加工工藝進(jìn)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(jù)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)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(yè)，減少換刀次數(shù)及時(shí)間。對(duì)加工過程中重復(fù)定位問題進(jìn)行分析，針對(duì)同軸度較高的孔隙，無法利用以上原則，可在定位結(jié)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(duì)其結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行探究。該零件屬于薄壁盒子零件，在成型過程中采取數(shù)控銑加工工藝，加工難度在內(nèi)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)濟(jì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，有利于降低成本。對(duì)此零件工藝進(jìn)行分析，可指定工藝順序，下料、銑基準(zhǔn)、銑底面、銑內(nèi)腔、熱加工釋放應(yīng)力、精銑內(nèi)腔、銑端面環(huán)槽、銑側(cè)面、鉗工鉆孔、表面處理。在第一次銑內(nèi)腔后，根據(jù)鋁合金壁厚對(duì)變形進(jìn)行調(diào)整，保證經(jīng)濟(jì)效益。

在零件制作過程中，根據(jù)工藝流程展開工藝，但工藝表面環(huán)槽密封槽尺寸公差及內(nèi)部粗糙度需控制在Ra3.2左右，腔體內(nèi)部立面的凸臺(tái)，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(gè)孔隙。翻面夾裝找正過程中，粗銑內(nèi)腔，預(yù)留一定量的余量，注意各個(gè)側(cè)面臺(tái)階，T型銑刀加工側(cè)面凸臺(tái)，根據(jù)情況施加熱處理，根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，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(tái)階及各個(gè)臺(tái)階孔隙及邊角狀態(tài)，經(jīng)過3次翻轉(zhuǎn)，虎鉗裝夾找正，注意周邊的倒角，鉗工對(duì)螺紋底孔處理，最后對(duì)表面進(jìn)行處理。經(jīng)過以上工藝處理后，能滿足該零件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

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(shè)備零件，其結(jié)構(gòu)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(dú)立加工，該零件套筒結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)孔及外圈中心軸重疊，保證在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)生磨損。為降低材料在加工過程中的熱膨脹反應(yīng)，在鋁合金外圈需控制加工的精度。對(duì)此，自工件夾裝及刀具參數(shù)、刀具材料等方面展開優(yōu)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(jìn)行調(diào)整，在工件上車床前制作圓形堵頭，堵頭一端是固定臺(tái)階，另一端為中心孔，外圈尺寸由零件內(nèi)孔徑確定。內(nèi)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(tái)階的形位精度，縮小定位誤差。內(nèi)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(duì)零件進(jìn)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(shù)。銑床刀具工藝參數(shù)對(duì)鋁合金薄壁零件的精度會(huì)產(chǎn)生影響，為保證零件的加工精度，銑床刀具設(shè)定應(yīng)當(dāng)根據(jù)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(guān)鍵，經(jīng)過多次研究實(shí)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(jìn)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(xué)成分，在切割過程中，受到力度及溫度的影響，刀具涂層會(huì)與零件發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致削末會(huì)殘留在刀具表面，對(duì)刀具的鋒利程度造成影響，零件的加工精度也會(huì)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(qiáng)及金屬強(qiáng)度低，在切削過程中應(yīng)當(dāng)控制速度及材料的進(jìn)給量，保證處于平衡狀態(tài)。在加工過程中，溫度較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，通過機(jī)油潤滑，能避免積屑瘤產(chǎn)生，降低制品粗糙度，煤油能作為散發(fā)切削的熱量。在工藝路線上，嚴(yán)格控制切削量及銑刀深度，避免零件發(fā)生變形，根據(jù)擬定的深度及進(jìn)給量加工，無法達(dá)到表面粗糙度，可以適當(dāng)降低進(jìn)給量，調(diào)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(zhì)量。

4? 結(jié)束語

薄壁鋁合金具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)密度高等特點(diǎn)，工藝品在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，多數(shù)器械設(shè)備利用薄壁鋁合金材料加工。但鋁合金薄壁零件剛性差、強(qiáng)度低，在加工過程中發(fā)生變形的概率較高，難以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。對(duì)此，采取合理的工藝流程能保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量及整體性能，在航天、航空及電子通信產(chǎn)品領(lǐng)域中應(yīng)用的零件精度要求較高，因此，在零件加工過程中，應(yīng)當(dāng)綜合使用工藝方案，選擇合適的材料及機(jī)床、熱處理技術(shù)等，為保證薄壁鋁合金零件切削成型質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

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