薄壁铝合金零件切削成型工艺分析

贾飞

摘要：铝合金作为工业制造中常见的有色金属，具有质量轻及容易成型等多种优势，在航天航空及电子通信、汽车等领域应用广泛。但薄壁铝合金零件切削成型过程中，容易受到多种因素影响，导致材料发生变形，无法满足设计标准。对此，本文对薄壁铝合金零件切削设备及材料、成型工艺分析，进一步探究薄壁铝合金零件结构及铣加工工艺，通过案例展开实践论证，为薄壁铝合金零件加工提供帮助。

关键词：薄壁铝合金;零件;切削成型工艺

0  引言

铝合金材料密度小、成本低及内应力均衡，在零件加工行业被广泛应用。加工成型产品能在电子行业及航空航天行业应用。铝合金零件成型能划分为钣金成型及机加工成型等，加工成型的工艺效果良好，能制作复杂的零件。近几年，对零件的要求越来越高，比如，要求具有密闭性、屏蔽性、功能性等，薄壁铝合金材料的零件受到行業关注，结构形式更加复杂，精度不断提升，产品以单件试制型为主，模压成型工艺及钣金成型工艺无法适用于此类零件制作，因此，以整体切削工艺为主。对此，本文探讨薄壁铝合金零件的切削成型工艺，为相关加工行业提供借鉴。

1  薄壁铝合金零件切削设备及材料、成型工艺分析

1.1 切削设备

常见的铣床消除缝隙的能力不足，在加工过程中，容易发生积屑，导致切削力增加，同时受到夹紧力影响，表面加工工艺无法达到标准，薄壁位置容易变形，与厚壁材料相比差异较大。加工过程中，发生翘曲变形的概率较高。若零件复杂，普通铣床加工难度提升，加工效率降低，产品的质量也会受到影响。薄壁铝合金零件一般采取数控加工方式，该加工方式的适用性较强，可实现多轴联动。工作人员在设计方案过程中，利用数字化工具组织编程，通过主轴转速及切削量、道具补偿参数的调整，能对复杂的零件进行加工。比如，利用数学模型对复杂曲线进行描绘，无需利用专用夹具等设备，该加工方式的精度较高，在一次夹装后，实现铣削及镗铣等多道工序。若零件需多道工序，数控加工中心能精准定位，通过合理的工序，完成薄壁铝合金零件的切削形成工作。

1.2 铝合金材料

金属材料的工艺性能对工艺顺利开展具有直接影响，工艺人员在数据编程过程中，需思考材料的性能及特点，据此选择适合的刀具，设定相应的参数，若刀具选择不合理及参数设置不合理，金属制品的加工质量会受到严重影响。铝合金材料具有较高的导热性，加工变形概率较高，薄壁铝合金零件加工切削量较大、形状复杂，容易导致零件加工精度降低，制品的质量无法满足设计要求。针对薄壁铝合金零件铣削成型工艺，在满足产品功能的情况下，还需要选择性能良好的2系铝合金，比如常见的2A12及H112等。

1.3 成型工艺

产品成型是一种工艺，合理配置工序，有利于提升产品的加工精度。针对薄壁铝合金零件，成型工艺以数控加工中心铣削成型工艺为主，通过统筹钳工及热处理等方法，实现热处理及铣加工的协调作业，设计作为合理的工艺线路，保证产品质量满足技术标准。在加工过程中，数控加工中心的铣削加工是保证零件满足设计要求的关键。

2  薄壁铝合金零件结构及铣加工工艺

2.1 薄壁铝合金零件结构工艺性

首先，零件结构特性。薄壁铝合金零件结构较为复杂，结构中含有以下要素，比如，薄壁厚度具有差异性、立面存在凸台或者凹槽，工艺多个表面具有不同结构的加工要素。其次，变形问题。对薄壁铝合金零件成型质量产生影响的是变形问题，也是零件在加工过程中关注的主要问题。内应力及切削力、夹装等因素容易导致产品变形。部分变形能通过合理的工艺控制，而部分变形无法完全消除。针对零件功能，需要将变形控制在标准范围，不会对零件功能造成影响。针对零件变形问题，可以对零件技术进行调整，比如，对尺寸精度及形位精度、表面粗糙度进行调整，为保证产品形态，适当添加辅助工艺，比如，在热处理过程中释放应力。对工序进行合理安排，统筹各个设计基准，使形位公差及表面光洁度等满足技术标准，通过以上方式避免变形对零件尺寸产生影响。

2.2 铣加工工艺

加工工序作为保障结构合理性的重要组成，在加工工艺开展过程中，应当对铣加工工艺进行划分，采取先面后孔及先粗后精的工艺原则安排工序，根据数控机床的加工特点及所用刀具划分工序步骤，同一把刀具加工之后换一下刀具作业，减少换刀次数及时间。对加工过程中重复定位问题进行分析，针对同轴度较高的孔隙，无法利用以上原则，可在定位结束后，通过顺序替换刀具，在加工同轴孔隙后，加工其他位置的孔隙，保证孔隙的同轴度。

3  案例分析

3.1 案例1

以薄壁铝合金零件为例（见图1），对其结构工艺进行探究。该零件属于薄壁盒子零件，在成型过程中采取数控铣加工工艺，加工难度在内腔切削工艺，切削过程容易变形，工件不同面都需要加工，思考技术标准及经济性，需合理配置施工步骤，先加工底面，后加工型腔，最后加工其他面，完成铣加工工艺，在保证技术标准的同时，有利于降低成本。对此零件工艺进行分析，可指定工艺顺序，下料、铣基准、铣底面、铣内腔、热加工释放应力、精铣内腔、铣端面环槽、铣侧面、钳工钻孔、表面处理。在第一次铣内腔后，根据铝合金壁厚对变形进行调整，保证经济效益。

在零件制作过程中，根据工艺流程展开工艺，但工艺表面环槽密封槽尺寸公差及内部粗糙度需控制在Ra3.2左右，腔体内部立面的凸台，使用T型铣刀切削。下料后利用虎钳架找正，保证外形平整度，加工底部过程中，钻取各个孔隙。翻面夹装找正过程中，粗铣内腔，预留一定量的余量，注意各个侧面台阶，T型铣刀加工侧面凸台，根据情况施加热处理，根据工艺标准，观察平整度及粗糙度。翻面夹装找正后，观察粗精铣刀矩形台阶及各个台阶孔隙及边角状态，经过3次翻转，虎钳装夹找正，注意周边的倒角，钳工对螺纹底孔处理，最后对表面进行处理。经过以上工艺处理后，能满足该零件的设计标准。

3.2 案例2

以铝合金薄壁零件为例（见图2），该零件为特种设备零件，其结构含有滚筒主体及铝合金套、PC塑料，外部铝合金套厚度为1.5mm，属于薄壁零件范围。零件在装配前将孔隙全部独立加工，该零件套筒结构简单，内孔及外圈中心轴重叠，保证在转动过程中不会发生磨损。为降低材料在加工过程中的热膨胀反应，在铝合金外圈需控制加工的精度。对此，自工件夹装及刀具参数、刀具材料等方面展开优化。

首先，工件夹装。为保证车床加工的固定位置，利用两顶尖夹装方式进行调整，在工件上车床前制作圆形堵头，堵头一端是固定台阶，另一端为中心孔，外圈尺寸由零件内孔径确定。内孔径为50，最大间隙配合为0.02mm，堵头直径为50.02mm。堵头在加工过程中利用切削工艺制作，夹装上定位切削固定外圆中心孔，在切断后，保证中心孔与定位台阶的形位精度，缩小定位误差。内孔及堵头中心孔线保持重合，只有0.02-0.03的间隙。利用顶尖装夹方式对零件进行定位，能保证较高的夹装精度，完成一次装夹的加工精度。

其次，刀具参数。铣床刀具工艺参数对铝合金薄壁零件的精度会产生影响，为保证零件的加工精度，铣床刀具设定应当根据刀具的锋利程度及切削刃的散热性。刀具前后角度的掌握较为关键，经过多次研究实践，选择前角15°-20°、后角7°-10°的刀片，刀片槽型为大前角，前刀面进行抛光，保证良好的切削性能。

最后，刀具材料。铝合金材料成分中含有V5cr5Ti，常见的刀具涂层一般是钛合金，比如，Tic及TiNC，但此类材料中含有化学成分，在切割过程中，受到力度及温度的影响，刀具涂层会与零件发生反应，导致削末会残留在刀具表面，对刀具的锋利程度造成影响，零件的加工精度也会受到影响。因此，铣床刀具材料科选择铝合金材料或者亲和性小的材料，比如，肯纳KC5010刀具。由于铝合金的可塑性强及金属强度低，在切削过程中应当控制速度及材料的进给量，保证处于平衡状态。在加工过程中，温度较高时，会产生积屑瘤，通过机油润滑，能避免积屑瘤产生，降低制品粗糙度，煤油能作为散发切削的热量。在工艺路线上，严格控制切削量及铣刀深度，避免零件發生变形，根据拟定的深度及进给量加工，无法达到表面粗糙度，可以适当降低进给量，调整切削速度，从而获得理想的粗糙度。通过上述措施，能有效解决薄壁铝合金加工过程中的变形问题，从而保证零件的成型质量。

4  结束语

薄壁铝合金具有重量轻、节约材料、结构密度高等特点，工艺品在各个领域应用，多数器械设备利用薄壁铝合金材料加工。但铝合金薄壁零件刚性差、强度低，在加工过程中发生变形的概率较高，难以保证产品的加工质量。对此，采取合理的工艺流程能保证产品的加工质量及整体性能，在航天、航空及电子通信产品领域中应用的零件精度要求较高，因此，在零件加工过程中，应当综合使用工艺方案，选择合适的材料及机床、热处理技术等，为保证薄壁铝合金零件切削成型质量奠定基础。

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