对铝合金薄壁复杂筒形件精密加工工艺的探讨

2023.02.27

摘要：本文首先阐述了铝合金薄壁复杂筒形件加工中的变形问题，然后从工艺路线安排、定位装夹方式、改良加工方式、消除工件的残余应力这几方面分析了加强铝合金薄壁复杂筒形件精密加工工艺的措施，希望对相关加工人员带来一定的启示，提高加工水平。

关键词：筒形件;铝合金薄壁;加工工艺

0 引言

铝合金薄壁件常应用在汽车、运载工具等产品之中，其中有一些形状比较复杂的铝合金薄壁筒形件需要进行精密加工之后，才能符合应用的标准。但是这类复杂筒形件在加工过程中经常会出现变形的问题，从而影响尺寸的精确度，为后续的应用带来一定的困难，所以如何提高加工工艺则成为加工人员主要关注的问题，下面本文就来探讨一下这部分问题。

1 铝合金薄壁复杂筒形件加工中的变形问题

铝合金薄壁复杂筒形件并不是一个简单的圆筒体，其之所以称为复杂筒形件也是因为这类零件中存在一些对称或非对称的支座、筋等结构。在对这类筒形件进行加工的时候，对其厚壁内外径、孔以及支座等是有较为准确的尺寸规定的，如果尺寸不达标，那么就属于不合格的产品，无法应用在相关设备之中。在一些复杂铝合金薄壁筒形件的加工过程中，最容易出现的就是变形问题，因为这类筒形件结构复杂，一些径向或斜向的孔在加工会受到切削力和装夹力等因素的影响，并且还存在不均匀的加工应力，使得内部残余应力释放出来，从而使复杂筒形件出现变形问题[1]。尤其是在加工过支座与筋之后，筒形件的变形量就会逐步提高，更容易降低最终的合格率。

2 加强铝合金薄壁复杂筒形件精密加工工艺的措施

针对以上的问题，加工人员都要提高加工的工艺，从而减小铝合金薄壁复杂筒形件的变形程度，笔者通过研究调查，发现有以下几项措施可以达到减少筒形件的变形程度，下面就来具体分析一下。

2.1 优化工艺设计

首先加工人员就要对整个工艺过程进行优化，可以进行三个阶段的加工，首先可以使用国外进口的高质量设备例如DMU80P 五州联动设备对铝合金薄壁件的外圆、内孔和支座等尺寸进行加工，这样就可以提高尺寸的精确度。第二阶段要进行半精加工，可以进行时效处理，从而降低内应力，减少变形的几率。最后在进行切削加工时，一定要用冷却液润滑筒形件，然后再合理的使用专用夹具进行的切削，从而保证每批量生产的零件达到统一的精准效果。

2.1.1 工艺路线安排

在具体进行工艺设计的时候，一定要先科学的安排工艺路线，以某一复杂筒形件加工为例，该筒形件壁厚2mm，尺寸是φ200mm×500mm，筒形件内外圆上均有螺纹，而在进行筒形件的加工时，可以按照一次粗车、两次半精车、两次精车这一顺序进行加工，每道工序完成之后都要将零件放置一阵子，在进行之后的处理。还要注意粗铣小头锥度段内孔中的横隔位置，从而释放内应力，降低后续加工过程中的变形机率。此后可以进行切除工序，因为零件内部有较多台阶，不容易进行尺寸测量，所以可以使用数控车床进行内形加工，用固定程序去控制加工位置，在分段加工时，可以选择特殊挖刀与加长刀杆配合使用。该筒形件的形微公差要求是内孔尺寸的中心轴线同轴度为φ0.05mm，对外螺纹的为φ0.06mm，为了达到要求，具体也可以同时进行内外孔的加工，从而增强产品衔接性。

2.1.2 定位装夹方式

为了降低铝合金薄壁复杂筒形件加工的变形程度，还可以选取合适的定位装夹方式进行加工。例如，在进行精车加工时，可以结合产品结构的凸台轴向压紧，从而避免夹装变形。在定位之前可以先在端面中挖一台阶，从而提高定位可靠性。在切削时也要科学分配切削余量，定好角度，這样就可以减少热量产生，降低热变形的机率。

2.2 改良加工方式

在铝合金薄壁复杂筒形件加工时，中间轴度的要求是较难达成的，其实加工人员可以采用心胀簧夹紧结构或双向胀簧夹紧结构去改良加工方式，从而满足中心轴度的要求[2]。以定心胀簧夹紧结构为例，加工人员可以利用零件内孔的花瓣状横向筋槽的优势，将一个锥度定心的结构嵌入夹具内孔花瓣槽中，这样就可以使切削扭矩达到最大程度的平衡，即可以降低胀紧力，又便于车削操作，从而改善因装夹力而引发的复杂筒形件变形问题。使用这种定心胀簧夹紧结构进行定位也可以使精车内孔与外圆轴线重合，从而达成同轴度的标准，减小误差，提高生产的精确度。

2.3 消除工件的残余应力

在铝合金薄壁复杂筒形件加工的过程中，残余应力是值得注意的一个问题，为了提高加工精度，应该尽量消除残余应力。这方面可以通过时效处理工序进行处理，这需要工作人员在切削筒形件的时候，至少进行一次时效处理。传统实效处理通常是使用热处理的方式，这就是通过人工进行温度、时间的控制，一旦失效温度较低，就不会有效的消除应力，如果温度过高，那么就会影响材料的强度。随着时代的进步，实效处理的技术水平也在不断的提升，加工人员可以使用振动时效的方式带入人工进行时效处理，这样比人工时效处理更加方便科学，可有效的消除残余应力，为零件加工消除材料的不利因素，进一步提升加工的合格率。

3 结束语

综上所述，为了提高铝合金薄壁复杂筒形件加工中的变形问题，相关工作人员都一定要优化加工工艺、选择合适的刀具，最大程度地减小零件的残余应力和装夹力等，减小零件变形程度，从而提高零件尺寸的精确度，提高产品的合格率，为相关产品的应用提供保障。

参考文献：

[1]刘泽，张星等.“肚大口小”筒形件的缩口挤压成形工艺研究[J].热加工工艺，2018，47（07）：115-120.

[2]许培炎，贾虎生等.带内筋铝合金筒形件的成形技术探讨[J].飞航导弹，2015（03）：81-83.

作者简介：廖妍（1991-），女，陕西渭南人，本科，工程师，研究方向：铝合金精密加工。