薄壁鋁合金零件加工與工藝分析

卞強 陳柯偉

摘 要：鋁合金在實際加工過程中存在易變型的問題，特別是加工余量大，可裝夾面較小的情況下，本文通過對某軍品中單位用量較大的鋁合金零件進行分析，詳細介紹了零件加工工藝流程的制定，包括零件的加工方法，加工中遇到的問題及如何解決問題，最后成功制定出合理工藝流程，保證質量的同時也提高了生產效率。

關鍵詞：鋁合金；易變型；工藝路線

一、零件概況

拉板支架是我廠某雷達單位用量較多的零件，該零件起到支撐、定位等作用，該零件加工余量較大，裝夾方式至關重要，如何在保證零件不變形的情況下提高生產效率，保證每批次較大數量的投產能按期完成，這成了擺在面前最主要的問題。

零件采用鋁合金板2A12 H112，該材料為鋁—銅—鎂系中的典型鋁合金，成份較為合理，綜合性能較好，該合金的特點是強度高，但線性膨脹系數較大，零件薄壁部分在切削力、切削熱、切削振顫等因素影響下極易變形。合理的進給、裝夾、轉速都將對加工質量有著顯著的影響。

二、工藝分析

（1）切削速度對塑性變形和表面粗糙度影響較大，低速切削時塑性變形比較小，表面粗糙度會降低，高速切削時，塑性變形的速度沒有切削速度快，比較容易得到好的粗糙度。

（2）塑性變形的深度和塑性變形的程度，也會受到刀具的幾何形狀的影響，因為不同幾何形狀會影響到切削力。

（3）進給量和背吃刀量的變化，會造成切削力的變化，從而導致塑性變形層的程度以及塑性變形的深度受到影響。

（4）工藝參數的選擇和加工方式的不同，對側銑薄壁零件切削力有很大影響，主要是軸向切深，進給量次之、最后是徑向切深以及切削速度。環形切削與斜插切削對切削力的影響也不容忽視。

（5）機械加工過程中，由于受到夾緊力、切削力、重力、慣性力等作用，會引起工藝系統的變形，同時，切削力受力點位置的不斷變化、毛坯加工余量變化以及材料硬度變化，也會引起工藝系統變形的變化。工藝系統的變形及其變形的變化都會產生工件的尺寸誤差和幾何形狀誤差。但是通過合理選擇切削量和刀具幾何參數，可盡量減少切削力及切削力變化所引起的變形，為盡力減少誤差復映規律所造成的變形，應合理分配加工余量，分多次走到加工，把該形式的變形控制到最小。

三、工藝措施

（1）薄壁零件銑削時變形是多方面的，裝夾工件時的夾緊力，切削工件時的切削力，工件阻礙刀具切削時產生的塑性變形和彈性變形，切削部位溫度升高而產生的熱變形等，其中切削用量多少對切削力的大小的影響最為顯著，同時進給量、切削速度、背吃刀量三者緊密相關，如果減少背吃刀量、增大進給量，切削力會有所下降，但工件表面粗糙度值大，也會導致薄壁零件的內應力增加，同時不利于加工效率，但在吃刀量不變的情況下增加進給量，則對刀具要求過高，同時切削力會增大，對批量加工薄壁零件較為不利，也會導致零件變形，所以，粗加工時，吃刀量和進給可以稍大，精加工時吃刀量盡量控制在0.3-0.5之間，進給量在400左右，甚至更小，主軸轉速應當控制在2500-3500之間，精銑時用盡量高的切削速度。合理分配則能減少切削力，從而減少變形。

（2）在銑削鋁合金時，切削溫度不會太高，易崩碎切屑，導致切削力集中在刀刃處，所以較好的抗彎強度和韌性是刀具的首要條件，鎢鋼刀在抗彎強度以及韌性方面表現較好。確定刀具材料后，刀具的幾何形狀尺寸就是主要因素。粗加工時，前角可選較大一些，刃口鋒利切屑易于流出，變形和摩擦力就會減少，切削力也會較小。精加工時切削厚度相對少，切削力小，可選用較大的后角。

（3）制定合理的加工工藝和工藝方法。粗加工時為了提高生產效率，應迅速去除多余材料，薄壁部位與其它部分一起粗加工，關鍵薄壁部分要留多余量防止粗加工時速度過快、吃刀量大造成變形。同時為了提高效率，應當一次裝夾多個零件，所以在加工毛坯時應當提高各面之間的垂直度，方便后續工序的裝夾。精加工時，采用如圖二所示裝夾方式，一次精加工兩個零件。

同時通過墊鐵實現有效裝夾厚度為2，這樣有效利用了底部薄壁部分作為支撐，有效提高了該處薄壁的夾緊力，采用分層銑削挖槽走刀方式，讓應力均勻釋放。精加工需達到尺寸精度和表面精度的要求，同時兼顧效率，通過多次試驗后得到每層切削深度0.5，進給量為400，主軸轉速3500，大大提高效率的同時也保證了質量。

四、結論

實踐證明針對鋁合金2A12薄壁類零件，通過改進加工方法和切削工藝，合理選用刀具，優化走刀路徑，設置銑削參數，完全可以在保證加工后不變形和精度的前提下大大提高生產效率。該方法也可用于銅及銅合金。

參考文獻：

[1]《機械加工工藝設計手冊》.航空工藝出版社，1987.

[2]《機械設計師實用手冊》.天津科學技術出版社，1992.