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铝合金薄壁件加工过程变形控制探讨

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杨志军

摘要：铝合金薄壁件的加工需要对其精度进行控制，在具体的加工过程中，需要综合考虑多种影响因素，以防止零件的变形，通过对铝合金薄壁件加工过程中容易出现的变形影响因素进行分析，并结合薄壁件加工的要求，提出了加工过程中变形控制的关键技术。

Abstract： The processing of aluminum alloy thin-walled parts needs to control its accuracy. In the specific processing process， multiple factors must be comprehensively considered to prevent the deformation of the parts. Deformation influencing factors are analyzed， and combined with the requirements of thin-walled parts processing， key technologies for deformation control during processing are proposed.

關键词：铝合金;薄壁件;加工;变形控制

1? 铝合金薄壁零件加工变形控制技术的影响因素

铝合金的强度与硬度比较低，在金属材料中属于易切削塑性材料，而且它的熔点低、导热性能比较好，抗拉强度也比较低，薄壁件具体加工的过程中，需要合理的设计加工参数，才能满足要求。铝合金薄壁零件一般都是批量加工，在加工的过程中，需要切除的余量比较大，在余量切除的过程中，薄壁金属零件切余量不断的减少，产品的强度也就逐渐变差，而且在具体的加工过程中，刀具磨损也会增加，切削的阻力也在不断的增加，这样也就会造成内应力的增加，到薄壁件的加工变形也在不断的增加，因此具体的加工过程中，要能够综合考虑各种因素，对铝合金薄壁件加工变形进行控制。

1.1 铝合金的自身特征影响着薄壁零件的变形加工

由于铝合金本身就具有较低的变形应力，在遇到刚性外力的作用下，容易发生变形，在加工过程中出现碎屑，容易与加工的刚性外力相互作用，导致铝合金薄壁件发生变形，这样在加工的过程中，就会导致铝合金薄壁件的表面光滑度、尺寸、零件精度等都会产生很大的影响，在薄壁件的截面、内部等处也会受到加工的残余应力的影响，在这种压应力的影响下，铝合金的原子之间会发生位移，从而会导致出现不能恢复的形变，从而也会影响铝合金薄壁零件的精度。

1.2 铝合金薄壁件加工的技术参数设计不合理

在零件加工技术中不合理的技术参数，对铝合金薄壁件的变形带来很大的影响，例如，在加工时，采用较大的切割力、刀具磨损等，都很容易导致铝合金薄壁件零件发生大幅度的形变，造成薄壁件的质量不能符合要求，也影响零件的标准尺寸。在对铝合金薄壁件加工时，往往会会出现切割的热应力与抵抗力相互作用，如果参数设置的不够合理，也会导致铝合金薄壁件出现变形。由于铝合金薄壁件具有容易变形、刚性差等特征，在使用夹具时，如果夹紧力与支撑力的作用点位等参数设置不当，就会产生附加作用力，容易导致薄壁件变形，铝合金薄壁件的加工过程是刀具与铝合金工件相互作用的过程，在加工中，刀具与铝合金之间能够产生挤压、拉伸等现象，这种情况会造成铝合金产生无法恢复的该塑性变形。

1.3 受力不均，容易产生形变

在铝合金薄壁件加工中，如果受力不均，薄壁件在受力作用下的压迫下，也容易产生形变，就会导致零件在加工的过程中发生位移，从而会影响薄壁件的精确度，而且在加工铝合金薄壁件时，现在竖直、横向切割的选择也会对薄壁件的准确度产生一定的影响，主要原因是不同加工方向的选择，铝合金薄壁件比较薄，不管采用各种方式的夹具装夹，都会在不同的方向上产生夹紧力，薄壁件受到的压力不同，进而会影响着侧壁件加工的精确度，而且选择不同的方向，加工机床与校验的精确度、薄壁件的刚度、加工时的摩擦、切割工具的磨损、温度与冷却情况都会对导致铝合金薄壁件的变形。另外，在具体的加工中，没有选择高速切削加工技术，导致零件散热较快，受力不均，导致零件在加工过程中出现变形的现象。

2? 铝合金薄壁零件加工变形控制技木设计

2.1 合理的设计技术桩，减少薄壁件加工的变形

由于在具体的零件加工中，大部分的铝合金薄壁件的形态都是不规则的，这就要求设计不同的技术桩对其进行支撑，不能将其放平加工，这就需要设计特定的技术桩设备，为薄壁零件提供支撑才能完成加工需求。因此，在对铝合金薄壁件加工时，需要结合加工的应力、受热的情况等制定有效的技术桩，保证铝合金薄壁件在自身会受到作用力的作用下而不会产生形变。在具体生产加工的过程中，由于技术桩的设计没有任何标准，而且技术桩需要贯穿薄壁零件的上下部，这就需要根据薄壁件的需要来设置技术桩。在薄壁件的加工中，有时需要采用球形标准作为加工零件的依据，也需要结合薄壁件的需要，制作辅助的技术标准也是不可或缺的，对零件的位置进行固定。由于大多数薄壁件的加工需要变换多个位置，如果没有固定的零件位置，加工的薄壁件位置就很难达到合适的零件标准。在大规模的铝合金薄壁件加工生产中，要求能够结合具体加工标准进行，以保证零件能够符合国际标准的要求。在一般情况下，采用的是“2X2Y4Z”进行加工，在加工的X、Y轴上设定数据标准进行加工，在加工时，需要充分利用较远的距离标准作为技术标准加工，将较近距离的标准设计板块作为辅助标准，核验薄壁件加工的过程，要求这两个标准之间的直线度不应超过0.01mm。在加工中，要严格按照顺序进行，首先进行粗加工，去除薄壁件加工剩余量，其次，结合薄壁件的要求，进行精细加工，特别注意需要根据加工的情况逐步拧松技术桩上的螺丝，释放残应力，以消除残余应力发生释放而产生的零件形变，保证薄壁件的精确度。

2.2 合理的设计切割技术

在具体加工时，切割技术是关键，要根据铝合金的材料以及加工零件的形状，选择合适的切割工具，并结合加工过程中的摩擦力、应力、受热情况，选择合适材质的切割工具，并依据加工的技术与工具材料选择合适的参数，对铝合金进行加工，它们在铝合金薄壁件的光滑度上具有十分重要的作用。高速切削是对薄壁件高速加工的重要范畴，具有高效率、高精度、低温切削的优点，在加工时，由于切削力与切削温度往往会随着切削的速度提高而逐渐增加，这样在薄壁件加工的過程中，就会随着加工材料的表层不断软化而造成黏滞状，不仅影响着零件的形状，造成零件的形变，而且随着切削变薄的情况下，摩擦系数也会不断的变小，产生的切屑也会带走一定的热量，导致薄壁件加工的过程中，出现了零件受热不均匀，也会造成零件的变形，因此，需要采用高速切削技术，可以有效的减少零件加工过程中切削温度降低，同时也会缩短零件加工的周期，在一定程度上可以降低零件变形情况，提高零件薄壁件的精度。

2.3 合理冷却液的选择

在薄壁件零件的加工过程中，合理的采用冷却液，控制零件加工的温度，对减少切割工具磨损、提高零件加工质量和效率是十分重要的，在零件粗加工时，往往需要切割的部分比较多，容易产生大量切割热量，对刀具的磨损程度也比较高，这就需要选择合适的冷却液，来降低铝合金加工环境的温度，一般选择的冷却液有离子型冷却液或4%的乳化液，在具体操作的过程中，不断的浇注，以避免在零件加工的过程中，不会出现零件受热不均匀现象，导致零件因为受热不均而出现裂纹的情况，在精加工的情况下，采用冷却液可以降低零件表面的粗糙度，也能提高零件加工的精度。如何选择冷却液，控制零件的加工精度，在切割过程中选用合适冷却液的耗能，对薄壁件的形变功率、铝合金材料与碎宵之间的摩擦都有重要的影响，在实际作用中，冷却液的润滑性、冷却性能越高，切割力的减少也越为明显。在一般情况下，冷却液使用与切割速度、切割力降低率之间的关系，主要有如表1所示。

2.4 合理对夹具进行控制

传统的铝合金薄壁件加工的夹具选择中，一般用平口钳来进行，对回转类的薄壁零件的夹具选择有自定心三爪、四爪卡盘等装夹方式，这些夹具在具体的应用过程中，往往在不同的的方向产生不同夹紧应力与拉应力，由于夹紧应力的存在，在加工中薄壁零件能够满足要求。但是，当夹紧应力和零件卸下后，在的弹性恢复双作用下，零件就会产生一定的收缩，从而导致零件出现变形，为了有效解决这个问题，在粗加工阶段，还具有大量的加工余量，一般可以采用平口钳装夹，在精加工的过程中，需要结合具体的加工中，选择工装夹具、专用夹具等来减小零件加工的变形，从而能够达到设计要求。但是在精加工过程必须改变工装夹具或使用专用夹具，减小装夹变形的影响，以达到设计要求的尺寸精度和形位公差要求。例如，采用真空吸附装夹的方式，将工件放在吸盘上，采用特质的密封条将零件的底部密封，并将零件的底部抽成真空，然后进行加工。在切割工具发生移动时需要改变切割方向，也需要根据零件的形状选择合适的夹具，采用多轴加工切割的方式，提高零件加工的效率，减少零件的形变。

3? 结束语

铝合金薄壁件的加工由于受到材料、技术等因素的影响，需要结合实际加工零件变形的情况，选择合适的变形控制技术，对加工零件的形状进行分析，再具体的加工过程中，需要综合考虑薄壁件的形状、夹具、摩擦、受热、散热等情况，合理的选择夹具、冷却液等技术，对薄壁件的加工精度进行控制，不仅可以有效的提高薄壁件的生产效率，还能有效的保持薄壁件零件加工的精度，对薄壁件的生产具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]王民，刘宇男，等.初始残余应力和切削残余应力对薄壁件加工变形的影响[J].北京工业大学学报，2017（8）.

[2]何泽地，田东宁，等.薄壁球壳真空吸附装夹变形力学分析与控制[J].兵工学报，2017（7）.

[3]陈进斌.铝合金薄壁深腔的数控加工[J].价值工程，2017，36（20）：113-114.

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