鋁合金零件切削加工變形控制技術

摘要：本文基于筆者的工作經驗，先是從加工工藝、殘留應力和熱能、裝夾過程三個方面分析了鋁合金零件變形的原因，然后從編程技術、加工基準、銑刀、切削液四個方面對變形控制技術進行了研究。

關鍵詞：鋁合金零件；變形控制；切削加工

伴隨著“中國制造2025”的提出，我國制造業市場也將迎來一次巨大的飛躍。鋁合金零件被廣泛應用汽車、航空、航天等領域的制造中，尤其是在現在提倡整體加工的大背景下，鋁合金零件因為其輕便和易于塑形的特點使得使用率也越來越高。但是鋁合金零件在加工過程中極易出現變形等情況，對加工精度的影響較大。所以對鋁合金零件切削加工的變形進行控制，對于提高鋁合金零件的加工精度有著實際的意義。

一、鋁合金零件切削加工時發生形變的原因

1.加工工藝問題

鋁合金零件的加工工藝問題主要是指在加工時對切削用量的使用出現問題。切削用量也稱切削三要素，是在切削加工過程中的切削速度、走刀量和背吃刀量的總稱。鋁零件不同于其他材料，其自身密度較小，導致受到外力時其自身的屈服應力較鋼材料要小很多，所以在加工時很容易因塑性形變而產生積屑瘤，甚至在加工后出現較大的回彈。同時，如果把握不好刀具路徑，也很容易對加工精度產生影響。所以對切削參數的把控、尺寸精度和已加工表面粗糙度至關重要。

2.殘留應力和熱能

在進行刀削加工流程后，鋁合金零件還需要經過拉伸、軋制等后續加工才能投入使用。刀削加工后會在鋁合金零件內部會殘留一部分應力，如果進行后續加工，之前因零件形變、截面變化和溫度變化而殘留的應力就會得到釋放，使鋁合金零件出現不可回復的形變現象，進而使零件的加工變得不夠理想，破壞了零件在設計時的平衡，讓其難以投入正常的生產和使用中。另一方面，因為切削加工時刀具與零件之間會產生摩擦形成熱能，在破壞零件內部緊密纖維層的同時產生熱應力，同時溫度的變化也會使零件的彈性模量降低，進而加大了熱應力對零件產生的形變。同時如果在零件加工時產生受熱不均，很容易就會使鋁合金零件出現回彈現象，如果不及時處理就很容易使零件產生較大的形變。

3.與零件裝夾過程有關

在進行鋁合金零件的各階段加工時，為了讓鋁合金零件不會發生位移和保證加工的精確，必須將鋁合金零件進行裝夾固定。但是因為鋁合金自身材料特性和部分鋁合金零件的厚薄程度，就很容易出現裝夾力把握不好的情況。如果裝夾的力度過大，就會使鋁合金零件在外力的作用下出現塑性形變；如果裝夾的力度過小，又很容易在加工過程中出現裝夾不穩，進而導致零件出現位移現象。

二、鋁合金零件切削加工時的變形控制技術

1.CAM編程技術

編程技術的質量保證是數控加工的基礎，同時對縮短制造周期和保證加工質量有決定性的作用。在進行CAM編程時，技術人員應該根據實際情況和加工要求嚴格設置相關參數，保證切削三要素的精準。就比如某產品主模型零件的半精加工和精加工可采用固定軸輪廓銑，刀具軸始終為一固定方向。對于需要刀具在移動過程中不斷改變方向的情況。而加工汽車玻璃檢具的側面輪廓，則需要采用可變軸輪廓銑，即多軸銑削加工。

2.加工基準的選擇

鋁合金銑削加工時通常采用球形基準作為參考，只要在合適部位定位，就能夠實現X軸、Y軸、Z軸三個方向上的定位。除了校正的基準以外，輔助的工藝基準也是必不可少的。因為許多零件在加工時涉及多工位加工，若工件放置不穩，加工精度難以保證。在每一步粗加工或半精加工結束時，都要松開工藝樁上的固定螺絲，銑平工藝樁。這是因為松開工藝樁的固定螺絲后，工件會由于殘余應力的釋放而發生變形，作為基準的工藝樁也會發生變形。為了保證基準面的準確度，在每一步加工結束后都要通過釋放應力和銑平工藝樁的操作。

3.銑刀的選用

銑刀是切削加工的主體工具，而對銑刀的選擇就關乎著鋁合金零件高速加工技術能否順利的開展，在選擇好到刀具后就需要根據具體的工藝要求和刀具材料特性對幾何結構和參數進行設置。高速加工對于銑刀的材料特性尤為注重，通常選用涂層刀具、金剛石刀具和硬質合金刀具等材料，這類材料能夠很好地降低加工表面的粗糙度，從而對高速加工的質量進行提升。

4.切削液的選用

切削液對減少刀具磨損、改善加工表面質量和提高生產效率都有非常重要的作用。粗加工時，由于銑刀直徑和銑削用量較大，產生大量的切削熱，容易導致高速鋼刀具迅速磨損。這時要求降低切削溫度，應該選用冷卻性能為主的切削液，如離子型切削液或（3～5）%乳化液；精加工時，切削液主要作用是減小工件表面粗糙度和提高可加工精度。加工鋁合金材料時，主要要求達到較小的表面粗糙度，可以選用離子型切削液或（10～12）%乳化液。

總而言之，結合實際情況對鋁合金零件加工，采用針對性的技術不斷提升加工精度，才能對鋁合金零件的質量有所保障，進而提升我國制造業的競爭力，為“中國制造2025”的到來鋪平道路。

參考文獻：

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