鋁合金材料加工成形技術要點分析

邊明勇

（新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

由于鋁合金材料密度相對較低，導熱性、抗蝕性以及導電性等性能較好，已經在航空、醫療、高鐵、汽車等領域中得到了廣泛的應用。但由于鋁合金材料有著較大的膨脹系數，在進行加工的過程之中怎樣有效控制變形是當前業內亟待解決的難題。

1 鋁合金零件加工時變形現象分析

1.1 鋁合金零件的基本特點

相比于其余材料，鋁合金零件的重量相對較輕，且整體結構較為緊湊，無疑有著更強的應用優勢。本次研究選擇了鋁合金材料中薄壁鋁合金零件，其剛性相對較差，加之強度較低，在進行加工時工藝性能較差，特別是在進行切削加工時有著較大的概率出現翹曲變形現象。在傳統銑削加工中，因為有著一定的熱變形力及內部應力，會讓鋁合金零件出現彈性形變進行引發扭曲情況，通過這樣的方式所生成的零件和既定的設計標準相差甚遠，產品合格率較低。針對這一問題，應當選擇適當的刀具、切削液、夾具以及銑削方式，并對熱量及應力變形這類因素進行控制，這樣才能夠有效降低變形概率，保障產品質量。

1.2 具體鋁合金零件分析

本次研究主要是將某一導熱框架作為對象，其零件材料是LF6-R，為了保證該框架在工作過程中能夠具備優秀的散熱性能，將其兩側薄壁尺寸設置為0.75mm，內框厚度設置為1.25mm，且在框架各個面都有著較高的公差精度。在傳統加工方式中，主要是在立加設備內通過鍵槽銑刀來對鋁合金零件進行加工，一般而言有著粗加工以及精加工這兩種模式。本次實驗有著較高的加工精度要求，如若應用傳統的加工方式，那么在使用刀具進行切削時極易產生積削瘤，讓切削難度直線上升，使得加工而成的槽壁在精度方面不符合相關標準，并且會在薄壁位置產生扭曲變形情況，其中的夾緊力過大，降低平面厚度的尺寸精度，讓成品不滿足工藝要求。

1.3 變形成因

鋁合金零件出現變形的原因較為多樣化，諸如物理性能、工件裝夾、零件結構形狀以及切削過程參數這類因素都有可能引發變形，具體而言主要有以下幾個方面：一是力的作用引發變形，在鋁合金零件中釋放一定的應力，進而集聚于毛坯內部，如若未進行加工就會維持一個平衡狀態，但只要對其進行加工就會讓內部結構遭受連續性的破壞，內部應力就會被重新組合，進而引發工件變形。在進行切削加工時，刀具會讓鋁合金承受一定的擠壓壓力，這樣一來工件材料就會產生塑性，彈性變形也會應運而生。因此在加工大型零件的過程之中，應當采取仿形加工的方式，對裝夾工件完畢后可能出現的變形量進行預估，并在加工時向相反方向預留出這一變形量，以此來有效避免裝備零件后變形量過大所引發的變形。二是裝夾影響、定位等引發變形。在進行加工的過程之中，部分工作人員并未對夾緊力大小有一個正確的控制，使得夾緊力作用在了錯誤的位置，這樣一來工件局部就會出現相應的彈性形變，而加工完成后夾緊力撤出，工件變形也就不可避免。同時，如若工件中有著不同方向的夾緊力作用，技術人員就應當對這幾個夾緊力的先后順序進行考慮，先作用支撐夾緊力，且力度不能夠過大，要和切削力形成一定的平衡。三是熱作用所引發的變形。在對鋁合金進行切削時會出現塑性變形，摩擦劇烈，進而產生加大的切削量。如若在加工時并未分散出這類熱量，就會讓工件產生熱膨脹效應，進而引發工件變形。四是工件的結構以及材質因素所引發的變形，變形量的大小與工件形狀、復雜程度呈正比關系，與材料的穩定性、剛性呈正比關系，故而在進行設計的過程之中應當最大化地降低這類因素所產生的不利影響。

2 鋁合金材料加工成形技術要點探討

2.1 內應力的消除

在進行生產時，不論是鑄造還是鍛造而成的鋁合金毛坯材料，都有很大的概率出現內應力[1]。在進行加工之前，應當做好內應力的處理與消除工作。通過相關資料能夠得知，毛坯材料中的內應力形成了一種較為平衡的狀態，但在進行加工時就會打破這一平衡狀態，進而出現一系列的形變。故而在進行切削加工前可以通過機械能消除退火、自然時效處理、人工時效處理以及錘擊振動這類手段來讓毛坯中的部分內應力得以消除，這樣可以有效減少后續切削加工中因為內應力而引發的變形。同時相關工作人員也可以采取預加工這一手段來對內應力進行處理，針對部分有著較大加工余量的毛坯部件，可以使用分布加工這一手段，先將大部分毛坯余量取出，經過一段時間的放置后采用粗加工手段來全面釋放內應力，然后在對后續毛坯余量進行半精加工或精加工，不斷降低加工余量可能出現的應力破壞，有效提升加工精度，最大化地降低變形情況的產生概率。

2.2 改善刀具切削性能

第一，選擇合理的刀具參數。在進行刀具參數選擇時，應當考慮到以下幾個方面：一是刀具前角。要保持足夠的刀刃強度，前角較大的刀具在鋁合金零件加工中起到了重要的作用，因為前角越大，那么刀刃切削也就更為鋒利，就可以有效減少切削力，防止切削變形的出現，同時也能夠完成磨削屑的快速排出，減少了切削熱量。二是刀具后角。后角大小會對后刀面磨損產生影響，進而讓加工表面質量得以改變。當前部分工作人員在進行粗銑的過程之中對于工作效率過度重視，往往會采取較大的切削進給量，這樣一來相應的切削量也就更大，如若刀具散熱性不符合標準，那么就會引發變形。而刀具后角較大時，就能夠最大化地避免后刀面與加工表面之間所出現的摩擦，且在精銑的過程中也能夠得到更佳的效果。三是螺旋角[2]。螺旋角會對銑削過程中的銑削力以及平穩性產生一定的影響，正確的螺旋角會讓銑削振動頻率大幅減少，防止波動以及變形情況的出現，故而銑刀螺旋角不宜過大也不宜過小。四是主偏角，工作人員可以對主偏角進行適當的減少，以此來讓刀具刀口與加工面有著更大的接觸范圍，這樣一來就能夠有效改善散熱條件，降低內部平均溫度。究其原因，主要是因為主偏角大小和銑削過程中的徑向力大小有著緊密的聯系，主偏角越小，那么徑向力也就越小，工件變形概率也就越低。

第二，合理選擇刀具結構。工作人員可以通過梳齒銑刀來讓碎屑有更大的空間，由于鋁合金材料有著良好的塑性，在切削時出現變形的概率較大，而梳齒銑刀則會在特定直徑下有著較大的容納空間，能夠有效緩解切屑堆積而引發的擠壓變形。同時也可以通過雙正前角銑刀來降低積屑瘤的產生數量，有效維持切削力的穩定性，降低變形發生概率。

第三，對刀具質量進行嚴格的控制。首先可以通過合理的途徑來讓刀齒有著更佳的表面質量，可以利用細油石輕輕打磨，讓除磨刀細齒切削表面顯得較為光滑，減少內部摩擦而引發的切削熱，這樣就會降低切削變形產生概率[3]。同時還必須要對刀具磨損標準進行有效的控制，在使用刀具進行切削一段時間之后，勢必會產生不同程度的磨損，為了降低磨損所帶來的不利影響，工作人員應當選擇具備上佳耐磨性的刀具材料，并及時對其磨損部位進行維護。

2.3 改善工件裝夾方式

針對薄壁型襯套零件，在進行加工的時候必須要重視夾緊角度與力度，通過軸向端面壓緊的方法來有效防止變形的出現；針對薄壁板類型零件，工作人員則可以采取真空吸盤來提升其夾緊程度，同時也可以在精加工即將完畢之前，松一下壓緊部件來恢復彈性，之后在壓緊，保證精加工的壓緊力即可。

2.4 優化刀具加工路徑

傳統銑削加工為了讓加工效率得以增強，一般會選取大切、快給進這一加工模式，相對而言有著較大的切削力度，很容易讓刀具出現變形現象，并且所用的夾緊力也過大，工件變形概率較大。針對這一問題，可以通過CAD或CAM技術來讓傳統加工中的生產曲線得以優化，生成合理的刀具加工路徑，有效確保加工效率，進而對變形情況進行科學的控制。

2.5 選擇適當的加工流程

在進行鋁合金材料加工時，應當根據鋁合金的實際特征來有效控制變形情況的產生，選擇相契合的加工流程，這樣才能夠保障成品的質量。例如粗加工以及精加工分離的方式，可以有效降低粗加工可能引發變形的概率[4]。針對部分精度要求較高的零件，在完成粗加工之后必須要靜置一段時間再開始后續的精加工，通過精加工能夠讓粗加工所存在的問題得以改善，也可以修復變形可能性，確保零件有著較高的精度；如若加工余量相對較大，單方面連續加工就會集中熱量，提升散熱的難度，此時就可以選擇對稱雙面多次加工的方式來讓散熱條件得以改善，有效防止應力過于集中而引發的變形；針對同一方向有多個型腔的零件，加工的時候選擇逐層加工的方式完成，可以消除零件受力不均勻導致的變形。

3 結語

綜上所述，鋁合金材料由于自身的特性，有著較大的概率出現變形現象，嚴重影響了所生成產品的質量，特別是在加工過程中，諸如外部應力、夾緊力、熱作用的影響都會提升變形概率。因此工作人員應當從上述幾個因素入手，選擇合理的加工工藝手段，最大化地防止鋁合金材料變形的產生。