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              在飛機結構中,為了減輕重量,采用了大量的鋁合金材料的薄壁零件,由于鋁合金零件材料熱膨脹系數較大,薄壁加工過程中很容易變形。尤其是在采用自由鍛毛坯時,加工余量大,變形問題更為突出。

          一、加工變形的原因

            鋁合金零件加工變形的原因很多,與材質、零件形狀、生產條件、切削液的性能等都有關系。主要有以下幾個方面:毛坯內應力引起的變形,切削力、切削熱引起的變形,夾緊力引起的變形。


          二、減少加工變形的工藝措施

            1、降低毛坯的內應力

            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。對肥頭大耳的毛坯,由于余量大,故加工后變形也大。若預先加工掉毛坯的多余部分,縮小各部分的余量,不僅可以減少以后工序的加工變形,而且預先加工后放置一段時間,還可以釋放一部分內應力。

            2、改善刀具的切削能力

            刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響,正確選擇刀具,對減少零件加工變形至關重要。

            ①合理選擇刀具幾何參數

            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。切忌使用負前角刀具。

            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。

            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。

            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。

            ②改善刀具結構

            減少銑刀齒數,加大容屑空間。由于鋁合金材料塑性較大,加工中切削變形較大,需要較大的容屑空間,因此容屑槽底半徑應該較大、銑刀齒數較少為好。例如,φ20mm以下的銑刀采用兩個刀齒;φ30-φ60mm的銑刀采用三個刀齒較好,以避免因切屑堵塞而引起薄壁鋁合金零件的變形。

            精磨刀齒:刀齒切削刃部的粗糙度值要小于Ra=0.4um。在使用新刀之前,應該用細油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下,以消除刃磨刀齒時殘留的毛刺及輕微的鋸齒紋。這樣,不但可以降低切削熱而且切削變形也比較小。

            嚴格控制刀具的磨損標準:刀具磨損后,工件表面粗糙度值增加,切削溫度上升,工件變形隨之增加。因此,除選用耐磨性好的刀具材料外,刀具磨損標準不應該大于0.2mm,否則容易產生積屑瘤。切削時,工件的溫度一般不要超過100℃,以防止變形。

            ③改善工件的夾裝方法

            對于剛性較差的薄壁鋁合金工件,可以采用以下的夾裝方法,以減少變形:

            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,從而得到滿意的加工精度。

            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。

            另外,還可以使用填塞法。為增加薄壁工件的工藝剛性,可在工件內部填充介質,以減少裝夾和切削過程中工件達變形。例如,向工件內灌入含3%-6%硝酸鉀的尿素熔融物,加工以后,將工件浸入水或酒精中,就可以將該填充物溶解倒出。

            ④合理安排工序

            高速切削時,由于加工余量大以及斷續切削,因此銑削過程往往產生振動,影響加工精度和表面粗糙度。所以,數控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。

                 鋁合金鑄件:去毛刺、去毛邊、去交叉孔毛刺,請聯系:135-2207-9385.


          三、操作技巧

            鋁合金材料的零件在加工過程中變形,除了上述的原因之外,在實際操作中,操作方法也是非常重要的。

            (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。如有一塊90mm厚的板料需要加工到60mm,若銑好一面后立即銑削另一面,一次加工到最后尺寸,則平面度達5mm;若采用反復進刀對稱加工,每一面分兩次加工到最后尺寸,可保證平面度達到0.3mm。

            (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。采用分層多次加工,每一層盡量同時加工到所有的型腔,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。如果加工余量太大,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、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量,又會使生產效率大打折扣。不過,在數控加工中都是高速銑削,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)走刀順序也要講究。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。因為順銑時刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減至零,加工硬化程度大為減輕,同時減輕零件的變形程度。

            (5)薄壁工件在加工時由于裝夾產生變形,即使精加工也是難以避免的。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(完全憑手感),這樣可以獲得理想的加工效果。總之,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。

            (6)在加工帶型腔零件時,加工型腔時盡量不要讓銑刀像鉆頭似的直接向下扎入零件,導致銑刀容屑空間不夠,排屑不順暢,造成零件過熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現象。要先用與銑刀同尺寸或大一號的鉆頭鉆下刀孔,再用銑刀銑削。或者,可以用CAM軟件生產螺旋下刀程序。


          四、工件表面變黑

            鋁氧化加工鋁合金鑄造一般都是用金屬型鑄造,金屬鋁及鋁合金具有很好的流動性和可塑性,但在使用過程中容易變黑,原因為:

            (1)工藝設計不合理。鋁合金壓鑄件在清洗或壓檢后處理不當,為鋁合金壓鑄件發霉變黑創造了條件,加速了霉變的生成。

            (2)倉儲管理不到位。將鋁合金壓鑄件存放在倉庫不同的高度,其發霉的狀況也不同。

            (3)鋁合金的內部因素。很多鋁合金壓鑄件廠家在壓鑄、機加工工序之后,不做任何清潔處理,或者簡單的用水沖沖,無法做到徹底清洗干凈,壓鑄鋁表面殘留有脫模劑、切削液、皂化液等腐蝕性物質以及其他污漬,這些污漬加快了鋁合金壓鑄件長霉點變黑的速度。

            (4)鋁合金外部環境因素。鋁是活潑金屬,在一定的溫度和濕度條件下極易氧化變黑或發霉,這是鋁本身的特性決定的。

            (5)選用清洗劑不得當。選用的清洗劑具有強腐蝕性,造成壓鑄鋁腐蝕氧化。

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