浅谈铝合金机械加工中存在的问题及解决措施

2018-06-13 09:56张红梅
科学与财富 2018年13期
关键词:机械加工解决措施铝合金

张红梅

摘 要:近年来,在机械厂的机加工生产过程中,铝合金零部件的加工数量逐渐加大,并且形状越来越复杂,尺寸精度和粗糙度要求越来越高,尤其是铸造铝合金壳体类零部件,结构复杂,铸造壁薄,体积越来越大。由于尺寸精度和粗糙度要求越来越高,因此,在加工过程中存在零件变形的问题。本文通过铝合金机械加工过程遇到的主要问题进行阐述及分析解决措施,以达到对其研究的目的,以供相关方面的技术人员进行参考。

关键词:铝合金;机械加工;存在问题;解决措施

引言:在现今工业制造中,逐步实现了对生产结构的调整,这这就为铝合金的高效及拓展性应用提供了发展契机,由于其具有一定的应用优势,这就使得铝合金在工业生产中的应用频率不断上升。再有就是铝合金由于具有突出的物理力学性能优势,因此,本文针对铝合金性能的特点及加工中存在的问题和解决措施等研究趋势进行分析论述,忘专家们批评指正。

一、铝合金零件的加工工艺及技术

针对目前铝合金加工过程中存在的问题,一些专家们在尽可能改善冷却和润滑条件及开发新刀具,还有改善铝合金材料性能方面的研究有了很大突破。现将一些常用的加工技術方法介绍如下:

1.加工基准选择

加工基准应尽量与设计基准、装配基准、测量基准一致,并且在加工工艺山要充分考虑零部件的稳定性、定位的精准性还有夹紧可靠性等。

2.粗加工

由于一些铝合金零件加工尺寸精度和表面粗糙度非常不容易达到高精度要求,在加工前需要对形状复杂的一些零件进行粗加工,并结合铝合金材料的特点对其进行切削,这种方式产生的热会引起切削变形,会不同程度的增加零件尺寸方面的误差,甚至引起工件变形。因此对一般平面的粗加工,采用铣、刨加工。同时加冷却液对工件进行冷却,以降低切削热对加工精度的影响。

3.精加工

在加工中,高速切削会产生大量切削热,尽管切屑能带走大部分热量,但在刃前区仍能产生极高温度,由于铝合金熔点偏低使得刃前区常常处于半熔化状态,使工件在切削点处的强度受高温影响大幅度下降,容易产生铝合金零件在加工过程中形成凸凹缺陷。因此,在精加工过程中,通常选用冷却性能好、润滑性能好,粘度低的切削液。在润滑刀具的同时,及时带走切削热,降低刀具及零件加工面的温度,减少零件温度变形。

4.刀具的合理选择

与黑色金属相比,铝合金材料在切削过程中产生的切削力比较小,可以采用较大的切削速度,但容易形成积屑瘤。铝合金的导热系数高,切削时由于切屑和零件传导出的热量较多,切削区温度较低,所以刀具的耐用度较高,但零件本身温升较快,容易引起变形。因此选择适合的刀具材料,选择合理的刀具角度,并提高刀具表面粗糙度,对降低切削力和切削热十分有效。

5.利用热处理及冷处理解决加工变形

消除铝合金材料加工应力的热处理方法有:人工时效、再结晶退火等。对于结构简单的零件工艺路线一般采用:粗加工、人工时效、精加工。对于结构复杂的零件工艺路线一般采用:粗加工、人工时效(热处理)、半精加工、人工时效(热处理)、精加工。对于精度要求高的零件在粗加工和半精加工后安排人工时效(热处理)工序的同时,可以在零件精加工工序后再安排一次稳定化热处理工序,防止零件在放置、安装、使用过程中发生微小的尺寸变化

三、铝合金机械加工的主要难点及解决方案

1铝合金机械加工难点一

在航空领域、汽车及机械类领域中,铝合金精密原材料应用越来越广泛,由于其原材料易切削性高,所以,在以上所述的领域中相应零件尺寸精度,零件表面粗糙度要求都很高。

1.1.刀具原材料的选择:

针对铝合金原材料硬度,机械性能选择切削刃具的材料,一般是粗加工应用硬质合金,铝合金精密加工应用金刚石材料:在刀具粗,精加工结构设计方面根据台阶尺寸的要求,合理设计刀具尺寸,特别是精加工刀具结构。

1.2案例分析:,在中间台阶处不能形成突起和圆角。

问题:类似此类孔加工,根据产品的设计及功能要求,在产品局部的台阶倒角处,无法在倒角处完全达到理论值,由于铝合金材料在加工过程中容易产生挤压变形,尤其在锐边处形成突起。

1.3原因分析:由于精密加工刀具的制作工艺特点,即成型刀具是采用线切割机床完成台阶制作的,而线切割的钼丝最小直径为D0.25。

1.4刀具加工过程中机床主轴和刀具刀柄的跳动,原材料的塑性变形导致形成的突起。所以,在机加工行业中按照常规的刀具设计和制作工艺是无法满足设计要求,而此处由于零件的装配及功能要求是无法让步的。

目前的解决方案:为了避免产生圆角,采用非常规的刀具设计方法(错齿)设计出的刀具。该解决方案的缺陷:虽然满足了形状要求,但是在加工过程中由于单刃切削,会大大降低刀具的切削稳定性从而划伤孔口。

2.铝合金机械加工难点二

铝合金加工中,表面在Ra0.1内孔使用于活塞运动和要求密封较严格的场合。对于要求孔内表面光洁度极高的Ra0.1以内,并且大批量生产在机械加工中,应该属于比较困难的不太容易实现。

2.1技术分析:金属加工本身是由刀具挤压零件加工部分由弹性变型-塑性变型-切断来实现的,避免刀具撕扯零件加工部为,在刀具上考虑,使刀具刀刃必须锋利,要零件本身弹性变型塑性变型时间缩短,尽量小的影响加工后表面。批量持续生产需要考虑刀具耐磨性,提升刀具材质,在锋利状态保持时间更长。铝合金在金属加工本身韧性延展较好,不容易断屑,解决断削问题或连续排削,避免切屑划伤孔内表面。

2.2目标实现:刀具采用聚精金刚石,刃口要十分锋利,在切削部分必须保持锋利,磨损后表面质量很差。

3.铝合金机械加工难点三

螺纹孔口毛刺问题,在液压阀类领域中,螺纹连接应用是比较广泛,并且对毛刺、清洁度要求都很高。机械加工时为保证产品质量,对设备、夹具、尤其是刀具都有很高的要求,将螺纹和孔口直径一道加工出来对刀具进行更改,这样就不会有毛刺产生,降低风险。

三、铝合金性能特点及加工过程中存在的问题及措施

1.铝合金的强度一般为96~294MPa,高的也只有588~687MPa,硬度最高只有110~120HB,材料抗塑性变形和划痕的能力较差,工件易碰伤和夹坏,这就需要排屑顺畅,切屑才不会与已加工表面粘连。

2.铝合金的导热能力高,在切削过程中切屑可以带走大量的热量,但弹性模量较小,易产生较大的弹性变形,不易获得高的加工精度,而且会引起后刀面和已加工表面之间的剧烈摩擦,从而加快刀具的磨损并引起振动,这在薄壁件加工中表现得更加明显,因此需要尽量获得较高的加工精度,才有利于铝合金的机械加工。

3.在小余量精加工铝合金中,可转位刀片刃口通常显得较钝,常常导致“犁削”效应的产生,引起切削力突然增加,出现让刀过大以及功率需求过高的问题。因此需要改进刀刃的灵敏度,并且增大其功率才能尽可能的避免此项缺陷。

结语:综上所述,在铝合金机械生产加工的过程中,需要在生产加工中保证产品的品质,满足产品的表面粗糙度要求。所以在铝合金的切削过程中,刀具材料、刀具的几何参数、切削液以及加工应力的消除尤为重要,并且需要有效的解决生产中的难点及问题等,只有综合考虑这些因素,才能比较高效率地生产出合格的产品。

参考文献:

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