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鋁合金零件加工變形的問題

2020-07-25 09:04:19

大家都知道,在航空領域,為了減輕航空件本身的重量,會大量的使用鋁合金材料。但是在鋁合金精密加工方麵,由於材料膨脹係數比較大,在薄壁加工的過程中很容易發生變形,尤其是在采用了自由鍛毛坯的時候,加工餘量大,變形的問題就更加凸顯出來了。
  一、引起加工變形的原因
  鋁合金零件加工變形的原因其實有很多,跟材質,零件的形狀以及生產的各項條件,比如說切削液的性能等都有著關係。總結起來大致包含了以下幾點,那就是毛坯的內應力變形、切削力度、切削熱量以及裝夾造成的變形。
  二、為減少加工變形應製定的工藝措施
  1,要降低毛坯的內應力
  我們可以采用自然或人工時效以及振動的處理,能夠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。對比較大的毛坯,由於餘量大,故加工後變形也大。如果我們預先加工掉毛坯的多餘部分,縮小各部分的餘量,不僅可以減少以後工序的加工變形,而且預先加工後放置一段時間,還可以釋放一部分內應力。


  2、可以改善刀具的切削能力
  刀具的材質、幾何參數對切削力以及切削熱量有著重要的影響,正確的選擇刀具,對減少零件加工變形至關重要。
  ①合理的去選擇刀具幾何參數
  前角:在保持刀刃強度的條件下,前角適當選擇大一些,一方麵能夠磨出鋒利的刃口,還可以減少切削變形,使排屑更加順利,進而降低切削力和切削熱量。切忌使用負前角刀具。
  後角:後角大小對後刀麵磨損及加工表麵質量有直接的影響。切削厚度是選擇後角的重要條件。粗銑加工時,由於進給量大,切削負荷重,發熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,後角應選擇小一些。精銑加工時,要求刃口鋒利,減輕後刀麵與加工表麵的摩擦,減小彈性變形,因此,後角應選擇大一些。
  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:適當減小主偏角能夠有效改善散熱條件,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。由於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於Ra=0.4um。在使用新刀之前,應該用細油石在刀齒前、後麵輕輕磨幾下,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。
  嚴格控製刀具的磨損標準:刀具磨損後,工件表麵粗糙度值增加,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於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
  對於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:
  對於薄壁襯套類零件,如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊,加工後一旦鬆開,工件必然發生變形。此時,應該利用剛性較好的軸向端麵壓緊的方法。以零件內孔定位,自製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麵再用螺帽背緊。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,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。比如說,向工件內灌入含3%-6%硝酸鉀的尿素熔融物,加工以後,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,由於加工餘量大以及斷續切削,因此銑削過程往往產生振動,影響加工精度和表麵粗糙度。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。對於精度要求高的零件,有時需要進行二次半精加工,然後再進行精加工。粗加工之後,零件可以自然冷卻,消除粗加工產生的內應力,減小變形。粗加工之後留下的餘量應大於變形量,一般為1-2mm。精加工時,零件精加工表麵要保持均勻的加工餘量,一般以0.2-0.5mm為宜,使刀具在加工過程中處於平穩的狀態,可以大大減少切削變形,獲得良好的表麵加工質量,保證產品的精度。

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