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        薄壁鋁合金零件切削成型工藝分析

        2020-09-10 07:22:44賈飛
        內(nèi)燃機與配件 2020年2期
        關(guān)鍵詞:零件

        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,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,導致材料發(fā)生變形,無法滿足設(shè)計標準。對此,本文對薄壁鋁合金零件切削設(shè)備及材料、成型工藝分析,進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(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,可實現(xiàn)多軸聯(lián)動。工作人員在設(shè)計方案過程中,利用數(shù)字化工具組織編程,通過主軸轉(zhuǎn)速及切削量、道具補償參數(shù)的調(diào)整,能對復(fù)雜的零件進行加工。比如,利用數(shù)學模型對復(fù)雜曲線進行描繪,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(shù)據(jù)編程過程中,需思考材料的性能及特點,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(fù)雜,容易導致零件加工精度降低,制品的質(zhì)量無法滿足設(shè)計要求。針對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,實現(xiàn)熱處理及銑加工的協(xié)調(diào)作業(yè),設(shè)計作為合理的工藝線路,保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足技術(shù)標準。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、立面存在凸臺或者凹槽,工藝多個表面具有不同結(jié)構(gòu)的加工要素。其次,變形問題。對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(shù)進行調(diào)整,比如,對尺寸精度及形位精度、表面粗糙度進行調(diào)整,為保證產(chǎn)品形態(tài),適當添加輔助工藝,比如,在熱處理過程中釋放應(yīng)力。對工序進行合理安排,統(tǒng)籌各個設(shè)計基準,使形位公差及表面光潔度等滿足技術(shù)標準,通過以上方式避免變形對零件尺寸產(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(jù)數(shù)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(yè),減少換刀次數(shù)及時間。對加工過程中重復(fù)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(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),對其結(jié)構(gòu)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(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)標準及經(jīng)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(shù)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(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)鋁合金壁厚對變形進行調(diào)整,保證經(jīng)濟效益。

        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,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(nèi)腔,預(yù)留一定量的余量,注意各個側(cè)面臺階,T型銑刀加工側(cè)面凸臺,根據(jù)情況施加熱處理,根據(jù)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(tài),經(jīng)過3次翻轉(zhuǎn),虎鉗裝夾找正,注意周邊的倒角,鉗工對螺紋底孔處理,最后對表面進行處理。經(jīng)過以上工藝處理后,能滿足該零件的設(shè)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(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)動過程中不會發(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(shù)。銑床刀具工藝參數(shù)對鋁合金薄壁零件的精度會產(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(fā)生反應(yīng),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(yīng)當控制速度及材料的進給量,保證處于平衡狀態(tài)。在加工過程中,溫度較高時,會產(chǎn)生積屑瘤,通過機油潤滑,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)擬定的深度及進給量加工,無法達到表面粗糙度,可以適當降低進給量,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,工藝品在各個領(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)當綜合使用工藝方案,選擇合適的材料及機床、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)。

        參考文獻:

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