減少鋁件加工變形的工藝措施和操作技巧

李凱+熊建華

摘 要：某些鋁及鋁合金零件在設計結構上存在腔多、肋薄壁薄的特點，在機械加工中易引起變形，給加工帶來許多困難。改進和完善工藝加工方案，對控制和提高鋁件零件加工質量非常重要。文章主要從工藝措施和操作技巧兩方面介紹減少鋁件加工變形的方法。

關鍵詞：鋁件加工；變形；工藝

鋁及鋁合金件由于其質量輕、易成形、強度高等特點，在機械行業被越來越廣泛的應用，特別是在航空航天、汽車、摩托車等領域的應用非常普遍。一些鋁件零件結構復雜、腔多、筋多、壁厚不均，甚至有些零件類似于薄板狀，加工過程中變形嚴重，精度不容易控制，造成產品誤差過大而報廢。而造成鋁件薄壁零件變形的主要原因是毛胚材料的內應力、裝夾力以及刀具切削運動產生的變形。

一、減少加工變形的工藝措施

（一）降低毛胚的內應力

當機械內部不受任何外力的影響時，其自身所產生的力被稱作內應力。熱加工應力和機械加工應力是鋁及鋁合金零件產生變形不可忽視的因素，為降低毛胚內應力，可采用自然或人工時效以及振動處理，均可部分消除毛坯的內應力。預先加工也是行之有效的工藝方法。對切除余量大的材料，加工后變形也大。若預先加工掉毛坯的多余部分，縮小各部分的余量，不僅可以減少后續加工變形，而且預先加工后放置一段時間，還可以釋放一部分內應力。

（二）改善工件的裝夾方法

鋁件薄壁零件無論是采用臺虎鉗裝夾還是卡盤裝夾，都會產生橫向或徑向的裝夾力，致使零件產生一定程度的變形。變形程度跟裝夾力的大小有關，對于剛性較差的薄壁鋁件工件，可以采用以下的夾裝方法，以減少變形：

①對于薄壁襯套類零件，如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊，加工后一旦松開，工件必然發生變形。此時，應該利用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內孔定位，自制一個帶螺紋的穿心軸，套入零件的內孔，其上用一個蓋板壓緊端面再用螺帽背緊，加工外圓時就可避免夾緊變形。

②對薄壁薄板工件進行加工時，最好選用真空吸盤，以獲得分布均勻的夾緊力，再以較小的切削用量來加工，可以很好地防止工件變形。

（三）改善刀具的切削能力

切削過程是刀具和工件相對運動去除多余材料的過程，而刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響。

①前角：在保持刀刃強度的條件下，前角適當選擇大一些，一方面可以磨出鋒利的刃口，另外可以減少切削變形，使排屑順利，進而降低切削力和切削溫度。

②后角：后角大小對后刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時，由于進給量大，切削負荷重，發熱量大，要求刀具散熱條件好，因此，后角應選擇小一些。精銑時，要求刃口鋒利，減輕后刀面與加工表面的摩擦，減小彈性變形，因此，后角應選擇大一些。

③螺旋角：為使銑削平穩，降低銑削力，螺旋角應盡可能選擇大一些。

④主偏角：適當減小主偏角可以改善散熱條件，使加工區的平均溫度下降。

（四）合理安排工序

為避免數控高速切削中由于加工余量大而產生的振動，高速切削加工工藝過程一般可分為：粗加工-半精加工-清角加工-精加工等工序。對于精度要求高的零件，有時需要進行二次半精加工，然后再進行精加工。粗加工之后，零件可以自然冷卻，消除粗加工產生的內應力，減小變形。粗加工之后留下的余量應大于變形量，一般為1～2mm。精加工時，零件精加工表面要保持均勻的加工余量，一般以0.2～0.5mm為宜，使刀具在加工過程中處于平穩的狀態，可以大大減少切削變形，獲得良好的表面加工質量，保證產品的精度。

二、減少加工變形的操作技巧

鋁件材料的零件在加工過程中變形，除了上述原因之外，在實際操作中，操作方法也非常重要。

1、對于加工余量大的零件，為使其在加工過程中有比較好的散熱條件，避免熱量集中，加工時，宜采用對稱加工。

2、如果板材零件上有多個型腔，加工時，不宜采用一個型腔一個型腔的次序加工方法，這樣容易造成零件受力不均勻而產生變形。最好采用分層多次加工，每一型腔每刀加工到同一深度，然后再加工下一個層次，使零件均勻受力，減小變形。

3、通過改變切削用量來減少切削力、切削熱。在切削用量的三要素中，背吃刀量對切削力的影響很大。如果一次走刀的切削力太大，不僅會使零件變形，而且還會影響機床主軸剛性、降低刀具耐用度。如果減少背吃刀量，又會降低生產效率。不過，數控加工一般都是高速銑削，可以克服這一難題。在減少背吃刀量的同時，只要相應地增大進給，提高機床的轉速，就可以降低切削力，同時保證加工效率。

4、合理安排走刀順序。粗加工強調的是提高加工效率，追求單位時間內的切除率，一般可采用逆銑。即以最快的速度、最短的時間切除毛坯表面的多余材料，基本形成精加工所要求的幾何輪廓。而精加工所強調的是高精度高質量，宜采用順銑。

5、薄壁工件在加工時由于裝夾產生變形，為使工件變形減小到最低限度，可以在精加工即將達到最后尺寸之前，把壓緊件松一下，使工件自由恢復到原狀，然后再輕微壓緊，以剛能夾住工件為準，夾緊力的作用點最好在支承面上，夾緊力應作用在工件剛性好的方向，在保證工件不松動的前提下，夾緊力越小越好。這樣可以獲得理想的加工效果。

三、結束語

對于薄壁鋁材料在機械加工中受到各種因素影響導致的加工變形問題，相關企業應對這些影響因素進行全面分析并采取有效措施加以改善，本文主要從工藝措施和操作技巧兩方面介紹減少鋁件加工變形的解決措施，為提高鋁件零件的加工精度提供有力途徑。

參考文獻：

[1]謝煜華.淺談機械加工精度的影響因素及提高措施[J].科學與財富，2016（9）：166-166.

[2]宋海生.淺談控制鋁件加工變形的工藝措施.2013年全國鋁加工技術及應用交流會論文集：117-117.endprint