铝合金薄壁零件的车削工艺要点分析

刘琦+++黄志远

摘 要：铝合金这种材料质地比较软，延展性好，密度小，重量轻，在机械工程、医疗事业、航空航天以及化学工程等方面都有重要应用。车削工艺是对铝合金薄壁零件加工制作的主要工艺，对整个工艺要点的把握会促进零件质量的不断提高。文章会以滚筒型铝合金薄壁零件为具体实例，阐述铝合金薄壁零件的车削工艺要点。

关键词：铝合金；薄壁零件；车削工艺

随着我国工业的快速发展，铝合金设备的需求量进一步增大，同时对铝合金原材料进行加工时，工序也变的越来越繁杂，对于切削参数也是要求越来越精确。因此，在工业中对铝合金材料进行切削时，应该对其切削特性以及工艺参数有更加深入的研究，保证在实际应用中，既能避免资源的浪费，又能保证工艺制作质量。

1 铝合金的切削特性

相比于纯铝，铝合金的结构性能更好、可加工性更高。通常在纯铝中添加铜、硅、镁、锌等合金元素构成铝合金。这些铝合金在不同的场合都有重要的技术和工艺应用。

1.1 切削性能

铝合金延展性好，具有很好的抗拉强度。同时兼具硬度低和导热性好的双重优点，非常适合用于高速切削。但在实际加工时，由于铝合金具有很高的膨胀系数，导致切削时容易变形，因此在对其进行切削之前，应该先热处理强化或者冷处理强化。

1.2 切削问题

受到铝合金本身物理特性的影响，切削的问题主要表现在这三个方面：粘刀现象、切削变形以及切削中的振动问题。切削时，由于摩擦生热，导致铝合金材料的表面开始受热变软直到熔化。并且由于铝合金具有很好的延展性，导致切屑不能及时掉落，受热之后就会粘在刀口上，造成粘刀现象；铝合金材料质地软，抗塑性变形能力差。在切削过程中，受热以及受到应力的作用都会导致工件变形，影响使用，造成资源的浪费；在使用刀具对铝合金材料进行切削时，会出现弹性回复的现象，这是由铝合金弹性模量小的原因造成的。这就会导致切削刀具、给进系统的振动。另外，切削中，残留在刀口的切屑在熔化以及脱落的过程中，都会产生不同程度的振动。

2 铝合金薄壁零件工艺分析

以铝合金薄壁滚筒零件为例，对铝合金薄壁工艺进行一定分析。滚筒零件的主要结构包括滚筒主体、铝合金套以及PC塑料支撑圈三部分。外层材料是铝合金材料，厚度仅为1.5毫米，符合薄壁铝合金材料的标准。因此对其进行加工制作时，也必须按照对铝合金薄壁零件加工的工序进行加工。其中，内孔的加工都是属于单独加工的形式。外圈的加工过盈热装的方式进行[1]。该滚筒的结构采用套筒的方式，因此必须保证内孔和外圈共用同一个主轴，并随相应的距离进行控制，保证在工作的情况下，内孔和外圈不会发生剧烈晃动和摩擦现象。为保证精加工的工作环境，应该注意摩擦生热现象，并对这种妨碍作用采取一定的措施加以控制。通常这些方面包括工件装夹、刀具参数、刀具材料等。

3 铝合金薄壁零件的车削工艺要点

铝合金薄壁零件的车削工艺要点主要体现在这些方面：工件装夹、车削时刚性问题的解决、刀具参数和工艺参数。只有在这些重要的工艺方面对车削工艺加以控制，同时采用更加先进的设别和相关技术，才能不断提高零件的产出质量，进而提供我国的铝合金薄壁零件的车削工艺水平。

3.1 工件装夹

工件装夹是为了保证零件在加工时本固定住，同时应该尽量减少挤压的作用力对零件的影响。通常会采用两顶尖装夹的方式，具体就是在工件进行车床加工之前将制作好的两个堵头安置好。堵头的设计也是零件加工的关键内容，应该对薄壁零件的结构以及尺寸进行结合，保证中心孔以及内孔的直径等参数跟零件吻合。具体的工艺制作。首先需要对外圆进行定位，同时在中心进行钻孔工作，这两个方面可以利用装夹的车削定位功能来实现[2]。之后进行切断工作，保证加工的精度同时最大程度上减小误差。堵头与零件尺寸的吻合，会大大方便对零件的精确加工，因此在这个环节中，必须加强对堵头的设计制作的重视。

3.2 车削时刚性问题的解决

由于材料本身的特性，车削是面临的刚性问题也是亟待解决的一个重要问题。由于铝合金材料本身的抗塑形能力就比较差，在薄壁条件下的铝合金材料中，这一特点就会表现的更加明显。这种刚性差的材料在进行加工时，非常容易受到切削力的影响，从而引起工件以及刀具发生振动，导致工件变形。这种变形在零件的中间部分表现的最为明显。一旦工件的变形程度加深，就会导致精加工工作无法进行。最终造成不能完成工艺要求，同时也浪费了薄壁铝合金材料。为解决这一问题，可以在加工的时候在零件内孔里面添加一定数量的皮球，增强整个薄壁零件的抗压能力。同时应该根据内孔的尺寸对皮球的大小进行选择，皮球只是作为填充物的一种辅助工具，应该保证零件在加工之前的完好性。放置好皮球之后，在对堵头进行安装，这样一来就可以有效提高零件的刚性，为进一步的精加工提供好必要的条件。

3.3 刀具参数

薄壁零件的加工精度是在工程具体使用中的重要考量方面。在使用车削工艺对薄壁铝合金材料进行加工时，对相关的刀具控制，能够有效提高零件的加工精度，提高工件的质量。一般对车床刀具的基本要求是：锋利且切削刃易于散热。在快速切削的时候，会因为刀具和零件之间的摩擦产生大量的热量，会对薄壁铝合金零件造成影响。因此散热是十分重要的，相关切削液的使用也可以实现这一效果。同时根据具体零件的不同，应该对刀具的角度加以调整。注意切屑的及时脱落，为预防切屑在刀口零件上造成一定程度的粘连，需要提前对刀面进行抛光处理，同时使用油性的润滑液加以辅助。

3.4 工艺参数

工艺参数也是车削工艺中对工件有重要影响的一个方面。对工艺参数的控制上应该主要体现在这几个方面：切削速度、给料速度以及切削深度等。在具体的加工制作工程中，应该对这些参数进行一定的调节。对切削余量及吃刀深度应该进行严格的控制，这两个条件稍有不慎，就会造成工件的严重变形。在具体的零件加工之前应该对这两个参数进行设定，同时采用降低给料和提高切削速度的方式能够有效改善工件的表面特性。通过对工艺参数的不断调节以及科学控制，有利于提高整个工件的加工水平。

3.5 专用真空夹紧夹具

在对薄壁铝合金材料进行切削加工时，若采用传统的压板和程板对材料进行固定，由于受到壓力的作用，就无法保证对材料的精加工。精加工时，理想的一种状态是保证材料的原有塑性特征，即没有夹紧力或者可以忽略的夹紧力的情况下，可以有效对材料进行精确加工。使用高科技的真空夹紧系统能够接近实现精加工的理想环境。这套系统是由导热框架精加工专用真空吸附式夹具与真空泵共同组成。通过粗加工后深槽两侧以及内框面预留出来的加工余量，同时在精加工时保持夹具的吸附面跟安装好的夹具底面能够紧密接触，并通过螺母的稍微调整，就可以实现无变形夹紧力的工作环境。

4 结束语

铝合金的切削特性决定了工艺中使用的刀具以及相关参数，同时应该保证加工时工件的质量以及材料的利用率，保证高效完成工作的基础上，节约材料资源。在薄壁铝合金的加工制作中，对相关设备以及技术要求更高，因此应该不断对切削特性进行深入研究，学习先进的技术，保证使用铝合金材料制造的多种工具设备能够以高质量的水平被应用到更多的领域中。

参考文献

[1]刘玉莹.铝合金薄壁筒形零件车削与夹具[J].职业技术学院学报，2014（02）：11.

[2]牛永进，祁建斌.铝合金细长杆及薄壁筒加工[J].航天制造技术，2015（03）：18.