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(yīng)用日益廣泛，該類(lèi)零件具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但該類(lèi)零件一直存在加工周期長(zhǎng)、加工成本高、加工精度難以控制等難點(diǎn)，原因是該類(lèi)零件加工過(guò)程中金屬去除量大、剛性低、強(qiáng)度弱，容易產(chǎn)生較大變形，加工后難以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量。本文從分析該類(lèi)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。

1. 引言

影響鋁合金薄壁腔體零件的加工精度和表面質(zhì)量的主要因素是該類(lèi)零件加工過(guò)程中容易變形。解決鋁合金薄壁腔體零件在加工過(guò)程中的變形問(wèn)題，就能提高該類(lèi)零件銑削加工的工作效率，提高零件的精度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速生產(chǎn)。

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(guò)程，該類(lèi)零件一般由鋁合金板整體加工而成，該類(lèi)零件金屬去除量大、剛性低，在加工過(guò)程中會(huì)因殘余應(yīng)力、裝夾力、切削運(yùn)動(dòng)三方面因素引起變形。

2.1 殘余應(yīng)力

金屬材料在形成過(guò)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(yīng)力，隨著時(shí)間緩慢釋放，產(chǎn)生一定的形變。另外，金屬切削過(guò)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(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，形成熱應(yīng)力塑性變形。

金屬切削過(guò)程中產(chǎn)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(jié)構(gòu)，而且這種組合作用在加工過(guò)程中不是一成不變的，隨著加工進(jìn)行的不斷變化，究竟哪一種原因?qū)ψ冃蔚挠绊懽畲?，很難進(jìn)行判斷，只能從引起變形的原因入手，采取相應(yīng)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(wú)論采用臺(tái)虎鉗裝夾還是卡盤(pán)裝夾，都會(huì)產(chǎn)生橫向或徑向的裝夾力，不可避免會(huì)產(chǎn)生裝夾變形。裝夾變形程度跟裝夾力的大小有關(guān)，裝夾力如果很大，就會(huì)形成不可恢復(fù)的塑性變形；如果較小，就會(huì)形成彈性變形，彈性變形會(huì)在零件卸載后恢復(fù)，但切削加工是在彈性變形沒(méi)有恢復(fù)的時(shí)候進(jìn)行的，單一彈性變形的恢復(fù)會(huì)為加工后的零件帶來(lái)新的變形。

2.3 切削運(yùn)動(dòng)

切削過(guò)程是刀具和工件相互作用的過(guò)程，該過(guò)程使刀具從工件上去除部分材料。切削運(yùn)動(dòng)使材料的晶體顆粒間產(chǎn)生擠壓、拉伸、拉斷等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會(huì)使晶體的原子間產(chǎn)生位移，形成不可恢復(fù)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(guò)程中變形的原因，結(jié)合日常加工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們從工藝流程、熱處理、裝夾方式和切削加工四個(gè)方面著手，對(duì)控制、減小鋁合金薄壁腔體零件加工變形進(jìn)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(kāi)，粗加工完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，將零件的切削應(yīng)力和殘余應(yīng)力充分釋放，再進(jìn)行精加工，零件的加工質(zhì)量會(huì)得到很大程度的提高，實(shí)行粗、精加工分開(kāi)有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

(1) 減小殘余應(yīng)力對(duì)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(chǎn)生的應(yīng)力去除，減小應(yīng)力對(duì)精加工質(zhì)量的影響。

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

(3) 提高生產(chǎn)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(guò)多考慮尺寸和公差，有效發(fā)揮不同型號(hào)機(jī)床的性能，提高切削效率。

3.2 熱處理

零件經(jīng)過(guò)切削加工后，加工表內(nèi)的金屬組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大變化，加上切削運(yùn)動(dòng)的影響，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，為了減小零件的變形，需要將材料的殘余應(yīng)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(jié)晶的溫度，不會(huì)影響零件的強(qiáng)度和硬度；低溫退火熱處理雖然不能完全去除零件的應(yīng)力，但可以去除其中的大部分，剩余的部分應(yīng)力，對(duì)零件加工變形的影響較??；低溫退火熱處理可以通過(guò)適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間達(dá)到要求的去應(yīng)力效果。

此種方式是目前機(jī)加工行業(yè)通用的消除鋁材內(nèi)部殘存應(yīng)力的手段和辦法，我們假設(shè)：用低溫退火熱處理的溫度(170℃-190℃)，低于再結(jié)晶的溫度來(lái)退火處理，那么當(dāng)鋁材熱處理溫度達(dá)到(170℃-190

℃)時(shí)，用什么辦法或者多長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到常溫（25℃-30℃）呢？！，如果鋁材的溫度在熱處理時(shí)是(170

℃-190℃)，直接從爐內(nèi)拿出來(lái)或者吹風(fēng)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(chǎn)生新的應(yīng)力的情況就會(huì)變得越發(fā)突現(xiàn)，也就是說(shuō)前功盡棄！

所以要用好此種工藝，一定要借助專(zhuān)用設(shè)備來(lái)實(shí)施！

3.3 改進(jìn)裝夾方法

在普通零件的加工過(guò)程中，裝夾方式通常采用臺(tái)虎鉗裝夾，對(duì)于圓形零件，也可以采用卡盤(pán)裝夾的方式，無(wú)論是臺(tái)虎鉗裝夾還是卡盤(pán)裝夾都會(huì)不同程度產(chǎn)生裝夾應(yīng)力。裝夾應(yīng)力和零件卸下后的彈性恢復(fù)會(huì)使零件產(chǎn)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(tái)虎鉗裝夾。

在精加工過(guò)程只能夠，必須改進(jìn)裝夾方式，減小裝夾變形的影響，以達(dá)到設(shè)計(jì)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(lèi)零件，工藝上首先要解決的是裝夾引起的加工干涉問(wèn)題。在鋁合金薄壁腔體零件加工過(guò)程中可以參照以下方式解決裝夾問(wèn)題：

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

防變形裝夾方式：將零件通過(guò)銷(xiāo)釘定位，連接到安裝夾具上進(jìn)行加工，加工過(guò)程中臺(tái)虎鉗裝夾的是安裝夾具，不與發(fā)生零件接觸；同時(shí)，零件在組裝和應(yīng)用時(shí)是以銷(xiāo)釘定位的，所以加工中心以對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)釘孔作為裝夾定位基準(zhǔn)，將更好的接近設(shè)計(jì)和使用要求，在夾具實(shí)際上也應(yīng)該以對(duì)應(yīng)銷(xiāo)釘孔為基準(zhǔn)來(lái)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：高效率、高精度和高編碼質(zhì)量、低切削溫度和低切削力。切削過(guò)程中， 影響工件表面質(zhì)量的主要因素有切削時(shí)產(chǎn)生的積屑瘤、磷刺、振動(dòng)以及切削刃的刃磨質(zhì)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(yīng)變率大， 不易產(chǎn)生積屑瘤、磷刺。同時(shí)，由于切削速度較快，切削熱大部分被切屑帶走，切削表面來(lái)不及產(chǎn)生塑性變形，銑削加工加工已完成。

高速切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)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(shù)支撐，并大大縮短了加工周期，同時(shí)較好的保證了零件的尺寸精度和表面質(zhì)量。

4. 結(jié)語(yǔ)

鋁合金薄壁腔體零件加工過(guò)程中，從優(yōu)化工藝流程、熱處理、改進(jìn)裝夾方式、高速切削加工四個(gè)方面綜合考慮，結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(wèn)題，提高了零件的加工精度和表面質(zhì)量。