减少铝件加工变形的工艺措施和操作技巧

李凯+熊建华

摘 要：某些铝及铝合金零件在设计结构上存在腔多、肋薄壁薄的特点，在机械加工中易引起变形，给加工带来许多困难。改进和完善工艺加工方案，对控制和提高铝件零件加工质量非常重要。文章主要从工艺措施和操作技巧两方面介绍减少铝件加工变形的方法。

关键词：铝件加工；变形；工艺

铝及铝合金件由于其质量轻、易成形、强度高等特点，在机械行业被越来越广泛的应用，特别是在航空航天、汽车、摩托车等领域的应用非常普遍。一些铝件零件结构复杂、腔多、筋多、壁厚不均，甚至有些零件类似于薄板状，加工过程中变形严重，精度不容易控制，造成产品误差过大而报废。而造成铝件薄壁零件变形的主要原因是毛胚材料的内应力、装夹力以及刀具切削运动产生的变形。

一、减少加工变形的工艺措施

（一）降低毛胚的内应力

当机械内部不受任何外力的影响时，其自身所产生的力被称作内应力。热加工应力和机械加工应力是铝及铝合金零件产生变形不可忽视的因素，为降低毛胚内应力，可采用自然或人工时效以及振动处理，均可部分消除毛坯的内应力。预先加工也是行之有效的工艺方法。对切除余量大的材料，加工后变形也大。若预先加工掉毛坯的多余部分，缩小各部分的余量，不仅可以减少后续加工变形，而且预先加工后放置一段时间，还可以释放一部分内应力。

（二）改善工件的装夹方法

铝件薄壁零件无论是采用台虎钳装夹还是卡盘装夹，都会产生横向或径向的装夹力，致使零件产生一定程度的变形。变形程度跟装夹力的大小有关，对于刚性较差的薄壁铝件工件，可以采用以下的夹装方法，以减少变形：

①对于薄壁衬套类零件，如果用三爪自定心卡盘或弹簧夹头从径向夹紧，加工后一旦松开，工件必然发生变形。此时，应该利用刚性较好的轴向端面压紧的方法。以零件内孔定位，自制一个带螺纹的穿心轴，套入零件的内孔，其上用一个盖板压紧端面再用螺帽背紧，加工外圆时就可避免夹紧变形。

②对薄壁薄板工件进行加工时，最好选用真空吸盘，以获得分布均匀的夹紧力，再以较小的切削用量来加工，可以很好地防止工件变形。

（三）改善刀具的切削能力

切削过程是刀具和工件相对运动去除多余材料的过程，而刀具的材料、几何参数对切削力、切削热有重要的影响。

①前角：在保持刀刃强度的条件下，前角适当选择大一些，一方面可以磨出锋利的刃口，另外可以减少切削变形，使排屑顺利，进而降低切削力和切削温度。

②后角：后角大小对后刀面磨损及加工表面质量有直接的影响。切削厚度是选择后角的重要条件。粗铣时，由于进给量大，切削负荷重，发热量大，要求刀具散热条件好，因此，后角应选择小一些。精铣时，要求刃口锋利，减轻后刀面与加工表面的摩擦，减小弹性变形，因此，后角应选择大一些。

③螺旋角：为使铣削平稳，降低铣削力，螺旋角应尽可能选择大一些。

④主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使加工区的平均温度下降。

（四）合理安排工序

为避免数控高速切削中由于加工余量大而产生的振动，高速切削加工工艺过程一般可分为：粗加工-半精加工-清角加工-精加工等工序。对于精度要求高的零件，有时需要进行二次半精加工，然后再进行精加工。粗加工之后，零件可以自然冷却，消除粗加工产生的内应力，减小变形。粗加工之后留下的余量应大于变形量，一般為1～2mm。精加工时，零件精加工表面要保持均匀的加工余量，一般以0.2～0.5mm为宜，使刀具在加工过程中处于平稳的状态，可以大大减少切削变形，获得良好的表面加工质量，保证产品的精度。

二、减少加工变形的操作技巧

铝件材料的零件在加工过程中变形，除了上述原因之外，在实际操作中，操作方法也非常重要。

1、对于加工余量大的零件，为使其在加工过程中有比较好的散热条件，避免热量集中，加工时，宜采用对称加工。

2、如果板材零件上有多个型腔，加工时，不宜采用一个型腔一个型腔的次序加工方法，这样容易造成零件受力不均匀而产生变形。最好采用分层多次加工，每一型腔每刀加工到同一深度，然后再加工下一个层次，使零件均匀受力，减小变形。

3、通过改变切削用量来减少切削力、切削热。在切削用量的三要素中，背吃刀量对切削力的影响很大。如果一次走刀的切削力太大，不仅会使零件变形，而且还会影响机床主轴刚性、降低刀具耐用度。如果减少背吃刀量，又会降低生产效率。不过，数控加工一般都是高速铣削，可以克服这一难题。在减少背吃刀量的同时，只要相应地增大进给，提高机床的转速，就可以降低切削力，同时保证加工效率。

4、合理安排走刀顺序。粗加工强调的是提高加工效率，追求单位时间内的切除率，一般可采用逆铣。即以最快的速度、最短的时间切除毛坯表面的多余材料，基本形成精加工所要求的几何轮廓。而精加工所强调的是高精度高质量，宜采用顺铣。

5、薄壁工件在加工时由于装夹产生变形，为使工件变形减小到最低限度，可以在精加工即将达到最后尺寸之前，把压紧件松一下，使工件自由恢复到原状，然后再轻微压紧，以刚能夹住工件为准，夹紧力的作用点最好在支承面上，夹紧力应作用在工件刚性好的方向，在保证工件不松动的前提下，夹紧力越小越好。这样可以获得理想的加工效果。

三、结束语

对于薄壁铝材料在机械加工中受到各种因素影响导致的加工变形问题，相关企业应对这些影响因素进行全面分析并采取有效措施加以改善，本文主要从工艺措施和操作技巧两方面介绍减少铝件加工变形的解决措施，为提高铝件零件的加工精度提供有力途径。

参考文献：

[1]谢煜华.浅谈机械加工精度的影响因素及提高措施[J].科学与财富，2016（9）：166-166.

[2]宋海生.浅谈控制铝件加工变形的工艺措施.2013年全国铝加工技术及应用交流会论文集：117-117.endprint