復雜航空鋁產品加工工藝的探究

高嵩

摘 要：為了更好地適應中職教育的發展，培養精操作、知工藝、善測量的綜合技能型人才，我校數控專業與多家企業和科研機構密切合作，協助企業新產品研發與試制。把企業真實產品引入學校，將其分解成教師可教、學生可學的教學項目，大大提升了教師隊伍專業教學水平，提高了學生的學習興趣，拉近了學習工位與企業生產崗位的距離。本文闡述的復雜航空鋁件加工過程，是理實一體化教學模式和產、教、研相結合辦學思路的體現。

關鍵詞：加工工藝；培養精操作

1 分析圖紙

教師與學生共同解讀技術文件，學生借助網絡查詢與產品相關的新技術新知識，了解本項目的實施難點，為制訂方案做好準備。

（1）材料7075合金鋁鈑。7075合金屬Al-Zn-Mg-Cu系超硬鋁，于20世紀40年代末期就已應用于飛機制造業。其特點是固溶處理后塑性好，熱處理強化效果特別好，在150℃以下有高的強度，并且有特別好的低溫強度，焊接性能很差，具有良好的機械性能及陽極反應，是典型的航空用鋁。

（2）結構特點。外形尺寸為295×170×175mm，主體分為兩個型腔，壁厚均為8mm，周邊鏤空。基準孔尺寸精度IT5，其余尺寸精度IT7；基準面平面度0.01mm；各工作面與基準面垂直度0.01mm，平行度0.01mm；基準面及基準孔的粗糙度為0.8?m，其余為1.6?m。這些數據表明，產品的加工余量大、應力變形大，加工難度高。

（3）鋼絲螺套。鋼絲螺套又稱螺紋絲套，是一種新型的螺紋緊固件，是由高強度、高精度、表面光潔的具有菱形截面的不銹鋼絲精確加工而成的一種彈簧狀內外螺紋同心體。它是為保護有色金屬螺紋孔而發展的嵌入物，具有連接強度高，抗震、抗沖擊和耐磨損的功能，并能分散應力保護基體螺紋，大大延長基體的使用壽命。

2 加工工藝的制定

本產品能通過檢測，工件的應力變形直接影響著形位公差和尺寸公差，因此合理有效的加工工藝尤為重要。

（1）粗加工六面體，高度裝夾余量25mm，其他余量0.5mm；

（2）底面加工4-M12工藝螺紋孔；

（3）粗銑各面鏤空部分（底面除外），周邊余量1mm，深度9mm；

（4）以底面為基準，粗銑兩型腔，周邊余量1mm；

（5）去應力處理；

（6）精加工外輪廓至尺寸要求（底面除外）；

（7）半精加工兩型腔，余量0.25mm；

（8）精加工兩型腔至尺寸（按上差），鉆鋼絲螺套底孔；

（9）半精-精加工各面鏤空至尺寸（底面除外），鏜基準孔，鉆鋼絲螺套底孔；

（10）線切割去除底面工藝余量，留加工余量0.5 mm；

（11）半精-精加工底面至尺寸；

（12）半精-精加工鏤空至尺寸，鏜基準孔，鉆鋼絲螺套底孔；

（13）鉗工銳邊倒鈍，研磨；

（14）工件檢測。

3 實施過程

（1）機床選擇

根據產品的技術特性，加工機床選擇BV85立式加工中心。機床有24刀位的刀庫，可一次裝夾完成銑、鏜、鉆、鉸、功絲等工序，主軸轉速7000r/min，各軸定位精度0.005mm，主軸與工作臺垂直度0.004mm/300mm，可滿足本產品的加工。

（2）編程

現有Cimatron、UG和CAXA制造工程師3種軟件可供選擇用于自動編程。首先要按工藝要求明確每次裝夾要完成哪些加工部位，其次是選擇刀具和切削用量，最后選擇合適的切削方式。由于鋁質材料較軟，切削時易產生積屑瘤；加工深度大，易讓刀，在選擇刀具時要考慮刀刃鋒利、易排屑、強度高、耐磨等要素，因此，銑鋁專用硬質合金刀具是首選，粗加工時選用2刃?20的立銑刀，轉速2800r/min，進給1500mm/min，切深1mm。精加工時選用3刃?16和?10的立銑刀，轉速3500～4000r/min，進給2000mm/min，切深0.1mm（型腔），9mm（鏤空）。

（3）工件裝夾與找正

為減少由裝夾導致的變形，工件應采用壓板的裝夾形式，并用百分表找正。

夾緊時應注意力度，工件與壓板接觸處加鋁墊，以防壓傷。

（4）切削加工和工藝過程控制

切削過程中，無論是粗加工還是精加工，刀具都要充分冷卻，這樣可以減少切削熱，減小變形量；大量的切削液能沖走切屑，使切削更順暢。如果切削過程中產生震動，會影響工件表面質量，這時可適當調節轉速和進給速度，使刀具切削平穩。

粗加工后，打破了原有的應力平衡狀態，這時工件會產生應力變形，需進行去殘余應力處理。7075材料去除應力的方法有很多，但都受到不同條件的限制，最終確定采用“急熱急冷”方法去除殘余應力。就現有條件，將工件加熱到150℃，保溫1h后取出，快速放到已啟動的冰柜中（-20℃），30min后取出再加熱，反復進行3次。

精加工后，尺寸和形位公差均達到要求并接近上限值，為鉗工的研磨提高工作面的粗糙度留有一定的空間。用800#～1000#的水磨砂紙研磨，在0級平臺上用千分表檢測研磨面的平面度和與基準面的平行度。

4 產品的檢驗

產品交付前進行自檢，檢測工具是三坐標測量儀和滑動式粗糙度儀。測量前，工件在常溫狀態下靜放24h，測量時每組尺寸均測量三次，取其平均值。

5 結束語

這是某研究所新產品研制項目，由于該產品具有材料特殊、精度高、工藝復雜、加工難度大等多種特點，過程中師生收集了大量加工數據，為日后的教學與生產積累了經驗，成為實踐教學范例。

參考文獻

[1]吳勇，何云.整體硬質合金銑刀加工航空用2A90鋁合金工藝研究[J].硬質合金，2009，26（3）：180-183.

（作者單位：遼陽技師學院）