鋁合金薄壁件加工變形淺析

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，鋁合金薄壁腔體零件應用日益廣泛，該類零件具有重量輕、結構緊湊等優(yōu)點，但該類零件一直存在加工周期長、加工成本高、加工精度難以控制等難點，原因是該類零件加工過程中金屬去除量大、剛性低、強度弱，容易產生較大變形，加工后難以保證零件的加工精度和表面質量。本文從分析該類零件加工變形的原因入手，研究、探討控制、減小鋁合金薄壁腔體零件加工變形的工藝方法。

影響鋁合金薄壁腔體零件的加工精度和表面質量的主要因素是該類零件加工過程中容易變形。解決鋁合金薄壁腔體零件在加工過程中的變形問題，就能提高該類零件銑削加工的工作效率，提高零件的精度和質量，實現(xiàn)產品快速生產。
2.薄壁零件加工變形的原因

分析鋁合金薄壁腔體零件的加工過程，該類零件一般由鋁合金板整體加工而成，該類零件金屬去除量大、剛性低，在加工過程中會因殘余應力、裝夾力、切削運動三方面因素引起變形。
2.1 殘余應力

金屬材料在形成過程中，金屬晶體的排列不是理想狀態(tài)的整齊排列，晶體的大小和形狀不盡相同，存在原始的殘余應力，隨著時間緩慢釋放，產生一定的形變。另外，金屬切削過程中，切削的塑性變形和刀具與工件間的摩擦熱，使已加工的表面和里層溫差較大，產生較大的熱應力，形成熱應力塑性變形。

金屬切削過程中產生的變形并不是單一的原因造成的，往往是幾種原因組合作用的結構，而且這種組合作用在加工過程中不是一成不變的，隨著加工進行的不斷變化，究竟哪一種原因對變形的影響最大，很難進行判斷，只能從引起變形的原因入手，采取相應的工藝方法，盡量減小加工變形。
2.2 裝夾力

由于鋁合金薄壁腔體零件的壁比較薄，無論采用臺虎鉗裝夾還是卡盤裝夾，都會產生橫向或徑向的裝夾力，不可避免會產生裝夾變形。裝夾變形程度跟裝夾力的大小有關，裝夾力如果很大，就會形成不可恢復的塑性變形；如果較小，就會形成彈性變形，彈性變形會在零件卸載后恢復，但切削加工是在彈性變形沒有恢復的時候進行的，單一彈性變形的恢復會為加工后的零件帶來新的變形。
2.3 切削運動

切削過程是刀具和工件相互作用的過程，該過程使刀具從工件上去除部分材料。切削運動使材料的晶體顆粒間產生擠壓、拉伸、拉斷等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會使晶體的原子間產生位移，形成不可恢復的塑性變形。
3.控制、減小鋁合金薄壁腔體零件加工變形的工藝方法

分析鋁合金薄壁腔體零件在加工過程中變形的原因，結合日常加工生產經(jīng)驗，我們從工藝流程、熱處理、裝夾方式和切削加工四個方面著手，對控制、減小鋁合金薄壁腔體零件加工變形進行研究和探討。
3.1 優(yōu)化工藝流程

工藝流程可以將粗、精加工分開，粗加工完成后，對零件進行熱處理，將零件的切削應力和殘余應力充分釋放，再進行精加工，零件的加工質量會得到很大程度的提高，實行粗、精加工分開有以下幾方面優(yōu)點：

(1)減小殘余應力對加工變形的影響。粗加工完成后，可以采用熱處理將零件粗加工產生的應力去除，減小應力對精加工質量的影響。

(2)提高加工精度和表面質量。粗、精加工分開，精加工只是加工較小的余量，產生的加工應力和變形較小，能較大程度提高零件的質量。

(3)提高生產效率。由于粗加工只是去除多余的材料，為精加工留足夠的余量，所以不過多考慮尺寸和公差，有效發(fā)揮不同型號機床的性能，提高切削效率。
3.2 熱處理

零件經(jīng)過切削加工后，加工表內的金屬組織結構會發(fā)生很大變化，加上切削運動的影響，會產生較大的殘余應力，為了減小零件的變形，需要將材料的殘余應力充分釋放。

鋁合金薄壁腔體零件一般采用低溫退火的熱處理方式。低溫退火熱處理的溫度(170℃-190℃)低于再結晶的溫度，不會影響零件的強度和硬度；低溫退火熱處理雖然不能完全去除零件的應力，但可以去除其中的大部分，剩余的部分應力，對零件加工變形的影響較??；低溫退火熱處理可以通過適當?shù)谋貢r間達到要求的去應力效果。

此種方式是目前機加工行業(yè)通用的消除鋁材內部殘存應力的手段和辦法，我們假設：用低溫退火熱處理的溫度(170℃-190℃)，低于再結晶的溫度來退火處理，那么當鋁材熱處理溫度達到(170℃-190℃)時，用什么辦法或者多長時間達到常溫（25℃-30℃）呢？！，如果鋁材的溫度在熱處理時是(170℃-190℃)，直接從爐內拿出來或者吹風冷卻到常溫（25℃-30℃），鋁材的性能和硬度以及因溫度急劇變化而產生新的應力的情況就會變得越發(fā)突現(xiàn)，也就是說前功盡棄！

所以要用好此種工藝，一定要借助專用設備來實施！
3.3 改進裝夾方法

在普通零件的加工過程中，裝夾方式通常采用臺虎鉗裝夾，對于圓形零件，也可以采用卡盤裝夾的方式，無論是臺虎鉗裝夾還是卡盤裝夾都會不同程度產生裝夾應力。裝夾應力和零件卸下后的彈性恢復會使零件產生一定的變形，在粗加工階段，由于只是去除多余的材料，可以采用臺虎鉗裝夾。

在精加工過程只能夠，必須改進裝夾方式，減小裝夾變形的影響，以達到設計要求的尺寸精度和形位公差。

鋁合金薄壁腔體零件在受力情況下很容易變形，加工這類零件，工藝上首先要解決的是裝夾引起的加工干涉問題。在鋁合金薄壁腔體零件加工過程中可以參照以下方式解決裝夾問題：

真空吸附裝夾方式：將工件放在吸盤上，并用配套的特種密封條將其底部與外界隔開，接著將底部抽真空，當壓力表顯示真空達到指示值時，工件相當于加有一定的壓力。

防變形裝夾方式：將零件通過銷釘定位，連接到安裝夾具上進行加工，加工過程中臺虎鉗裝夾的是安裝夾具，不與發(fā)生零件接觸；同時，零件在組裝和應用時是以銷釘定位的，所以加工中心以對應的銷釘孔作為裝夾定位基準，將更好的接近設計和使用要求，在夾具實際上也應該以對應銷釘孔為基準來控制夾具的中心和方位。
3.4 高速切削加工

高速切削加工有三個優(yōu)點：高效率、高精度和高編碼質量、低切削溫度和低切削力。切削過程中，影響工件表面質量的主要因素有切削時產生的積屑瘤、磷刺、振動以及切削刃的刃磨質量、工件材料組織缺陷、切削液使用情況等，高速切削與普通切削相比，切削深度塊、材料變形速度快、應變率大，不易產生積屑瘤、磷刺。同時，由于切削速度較快，切削熱大部分被切屑帶走，切削表面來不及產生塑性變形，銑削加工加工已完成。

高速切削加工過程中產生的應力可以控制在很小的范圍，這為高精度薄壁零件提供了可能和技術支撐，并大大縮短了加工周期，同時較好的保證了零件的尺寸精度和表面質量。
4.結語

鋁合金薄壁腔體零件加工過程中，從優(yōu)化工藝流程、熱處理、改進裝夾方式、高速切削加工四個方面綜合考慮，結合零件的結構特點，制定合理的工藝流程和加工方案。就可以解決了零件加工變形問題，提高了零件的加工精度和表面質量。

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