四通接頭的加工工藝

【摘 要】四通接頭類型零件在車工零件的加工中具有一定的代表性。在最初的設計階段，技術員的設計零件圖是分體結構，經過氬弧焊工序后，存在著一系列的問題。由于零件結構特點和鋁及鋁合金的焊接特點造成分體零件焊接后有未焊透和氣孔等問題，而使得零件經過X光工序時不能通過，為了解決這一問題，通過和車工協(xié)商，做了特制車刀而使零件一體化，簡化零件加工工序，提高生產效率，滿足了最終的使用要求。此零件結構的優(yōu)化給同類零件設計提供了一些思考，開拓了設計及加工工藝思路。

【關鍵詞】防銹鋁（LF21）；硬鋁（LY12）；鋁及鋁合金熱處理

1.問題的產生

設計員在最初的設計方案中，考慮到如果零件一體化，四周都需加工，而且法蘭面距離另一處螺紋加工面太近，一般的車刀會傷到法蘭面。所以設計了分體零件，而防銹鋁的焊接性能比較好，所以材料選擇了防銹鋁（LF21），但并未考慮到防銹鋁（LF21）加工中存在著切削性能不良問題。

1.1為了弄清分體零件在焊接時所產生的問題，我們將防銹鋁（LF21）和硬鋁（LY12—CZ）這兩種材料進行比較

防銹鋁：Al-Mn及Al-Mg系合金（LF21、LF2、LF3、LF6、LF10）屬于防銹鋁。因其時效強化效果不明顯，所以不宜熱處理強化，只能用冷作硬化強化，強度低、塑性好、壓力加工性良好，有良好的抗蝕性和焊接性。

而LY21屬于鋁錳合金，約含1.3%Mn，也大部分溶于固溶體，起到固溶強化作用。由于溫度降低時錳溶解度的變化不顯著，而生成的強化相Mn Al6的強化作用又小，所以不能借助淬火+時效的熱處理來強化。

硬鋁：（含2.2—4.9％Cu、0.2—1.8％Mg、0.3—0.9%Mn、少量的硅，其余是鋁），有良好的機械性能、強度大又便于加工，而且密度小，可作輕型結構材料。其中鎂含量越高，時效強化效果越顯著，強度也越大，但塑性和耐腐蝕性下降。一般的硬鋁中，鎂不超過2%。錳可提高強度和耐蝕性，但一般限制錳小于1%，加入少量的鈦可細化晶粒，鐵與硅均限制在小于0.5-0.6%，并希望鐵硅比值大于等于一。

硬鋁的缺點主要有：1）耐蝕性不良，因此不得不在硬鋁板材表面用軋制方法包一層工業(yè)純鋁（純鋁厚度占板材厚度3-5%）成為包鋁硬鋁。有包鋁層時強度有所下降。2）固溶處理溫度范圍窄，小于此溫度不能發(fā)揮最大強化效果，而超出上限溫度，又有產生晶界“過”的可能使晶粒聚集受到破壞。3）焊接裂紋傾向大，用熔焊法有困難。

1.2鋁及鋁合金熱處理工藝

1.2.1鋁及鋁合金熱處理的作用

將鋁及鋁合金材料加熱到一定的溫度并保溫一定時間以獲得預期的產品組織和性能。

1.2.2鋁及鋁合金熱處理的主要方法及其基本作用原理

（1）退火：產品加熱到一定溫度并保溫到一定時間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過原子擴散、遷移，使之組織更加均勻、穩(wěn)定、，內應力消除，可大大提高材料的塑性，但強度會降低。

①鑄錠均勻化退火：在高溫下長期保溫，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷卻，使鑄錠化學成分、組織與性能均勻化，可提高材料塑性20%左右，降低擠壓力20%左右，提高擠壓速度15%左右，同時使材料表面處理質量提高。

②中間退火：又稱局部退火或工序間退火，是為了提高材料的塑性，消除材料內部加工應力，在較低的溫度下保溫較短的時間，以利于續(xù)繼加工或獲得某種性能的組合。

③完全退火：又稱成品退火，是在較高溫度下，保溫一定時間，以獲得完全再結晶狀態(tài)下的軟化組織，具有最好的塑性和較低的強度。

（2）固溶淬火處理：將可熱處理強化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質原子隨時有析出的可能。但此時材料塑性較高，可進行冷加工或矯直工序。

（3）時效：經固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時間，不穩(wěn)定的過飽和固溶體會進行分解，第二相粒子會從過飽和固溶體中析出（或沉淀），分布在α（AL）鋁晶粒周邊，從而產生強化作用稱之為析出（沉淀）強化。

自然時效：有的合金（如2024等）可在室溫下產生析出強化作用，叫做自然時效。

人工時效：有些合金（如7075等）在室溫下析出了強化不明顯，而在較高溫度下的析出強化效果明顯，稱為人工時效。

人工時效可分為欠時效和過時效。

①欠時效：為了獲得某種性能，控制較低的時效溫度和保持較短的時效時間。

②過時效：為了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長的時間狀態(tài)下進行的時效。

③多級時效：為了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，將時效過程分為幾個階段進行。

（4）回歸處理：為了提高塑性，便于冷彎成形或矯正形位公差，將已淬火時效的產品，在高溫下加溫較短的時間即可恢復到新淬火狀態(tài)叫回歸處理。

1.3鋁及鋁合金的焊接特點

（1）容易氧化：鋁和氧的親和力比較大，在常溫下，鋁表面就能被氧化成一種氧化鋁薄膜。（2）容易焊穿：當溫度提高時，鋁的機械強度降低，加之鋁熔化后，表面顏色無明顯變化，所以不易判斷熔池溫度變化情況，極易因熔池溫度過高，導致焊穿。采用墊板方式可防止焊穿。（3）容易產生氣孔。（4）焊接熱裂傾向。

在以上內容中對兩種材料焊接性能、加工性能有了初步的了解，接下我們將對零件進行認識與分析。

2.認識零件

一體化零件：

3.兩種材料零件工藝對比

對比兩種材料的加工工藝，硬鋁（LY12）省去了焊接及X光等工序，大量節(jié)省工時，保證零件100%合格；而分體零件采用硬鋁材料難加工，報廢率高達50%。

4.過程分析

分體零件加工缺點：

（1）耗時長，進行幾次裝夾，相接處結構等問題。

（2）防銹鋁材料軟，比較難加工，報廢率高。

（3）焊接后因為其零件相接處結構和鋁合金焊接特點等原因，內部有未焊透原因，所以X光檢驗合格難度大。

整體零件：雖然整體零件存在四爪幾次裝夾問題，但只要操作者在加工過程中仔細找正中心，就會避免因為裝夾次數多不好找正的問題。一體零件只是在刀具上稍作調整，避免了上述問題，當然一體化零件不用焊接就可以和設計商量零件材料是否用防銹鋁，材料換成硬鋁（LY12—CZ），易加工，縮短加工周期，避免了X光檢驗不合格的問題，保證產品保質保量完成。

5.工藝方案的推廣

由此四通零件的加工工藝的改善可以應用到今后類似的零件加工中，大量節(jié)約成本，保質保量完成了軍品任務，有很好的推廣意義。

6.結論

通過這個零件兩種結構形式及加工方法的對比，我對以上兩種材料有了更進一步的認識，在后續(xù)的工藝過程中，應該繼續(xù)多加思考，做出更加方便于加工的工藝方案。

【參考文獻】

［１］李玉風．農業(yè)裝備與車輛工程，2007，（09）．