铝合金零件加工变形的解决方法

陈亮

摘要：本文介绍了铝合金机械加工变形原因，提出了解决铝合金零件加工变形的方法。以作者的工作实践经验介绍了这些方法在实际机械加工中的应用。

关键词：铝合金;加工变形;残余应力;切削热;切削力;装夹变形和回弹

0  引言

在机械加工中，影响铝合金零件变形主要有三个因素：毛坯残余应力的释放、切削热与切削力引起的变形、工件的装夹变形和回弹。要解决铝合金加工变形问题，必须针对以上各个因素制定相应的加工方法，安排合适的加工工艺方案。

1  铝合金加工变形的解决方法

1.1 铝合金加工变形的解决方法

1.1.1 利用先进的加工技术解决铝合金的加工变形

先进的加工技术比传统的加工技术相比，更能有效地解决了零件加工过程切削力、切削热和工件的装夹变形和回弹的问题。以下列举了几种先进的加工技术。

①高速切削技术。②电流变（ER）技术。③激光加工技术。④水射流加工技术。⑤超声波加工技术。⑥离子束加工技术。⑦等离子加工技术。⑧线切割加工技术。

1.1.2 利用切削刀具解决铝合金的加工变形

与黑色金属相比，铝合金材料在切削过程中产生的切削力较小，可以采用较大的切削速度，但容易粘刀、形成积屑瘤，铝合金材料的导热系数高，切削时由切屑和零件导出的热量较多，切削区温度较低，所以刀具耐用度较高，但零件本身温升较快，容易引起变形。因此，选用合适的刀具材料，在刀具材料的基础上选用合适的刀具角度，并提高刀具表面的粗糙度要求，对降低切削力和切削热十分有效。

1.1.3 利用热处理解决相合金的加工变形

消除铝合金材料加工应力的热处理方法主要有去应力退火、再结品退火、均匀化退火时效。

1.1.4 利用冷处理解决铝合金的加工变形

解决铝合金加工变形的冷处理方法只要有振动时效和人工冷校形。由于冷处理方法节能、生产周期复、生产费用低，所以在生产过程中应用较多。

1.2 机械加工中应用实例

1.2.1 铝合金硬铝板材

铝合金硬铝板料在轧制后表面产生压应力，而心部呈拉应力状态。如对板料进行表面切削加工，由于板料表面的拉应力的变化，则可能引起零件翘曲。对于设计精度要求不高的零件（例如垫板、支撑板），也可采用不需加热处理的简单方法。即在板料加工余量一定的情况下，采用上下平面去除余量均等的原则，在上平面去除δ厚度的余量，然后翻面重新装夹，去除另一面δ厚度的余量，加工时采用粗加工去除较大的余量，然后梯次减小的原则。在加工余量一定的情况下，每次加工的余量越小，反转的次数越多，则工件加工后变形越小， 在加工过程中如果利用切削液进行冷却，粗加工后进行自然时效，再进行精加工能有效控制变形。

例1：零件为铝型材补充加工而成。由于零件长度较长，切削的余量较大，较易产生零件变形。（零件图见图1）

①在铣削加工时：加工槽深，保证6。因为槽的深度较高，应该分多次铣削，去除余量。铣削的时候也要注意铣削刀具的走刀方向，减少零件的变形。零件长度较长，零件铁削分3段。每层铣削后进行自然时效，每次铣削厚度的进给量应适当的减小。②铣两端缺口保证2613、44、 95°及24.8，钻孔。③自然时效。④铣24缺口，钻孔。

例2：该零件原材料为板材，数铣加工内腔去除余量大，产生较大的内应力，内应力释放后使板材产生翘曲。（零件图见图2）

解决方案：

①增加原材料厚度，加工厚度面修正变形量，保证平面度;②将数铣内容分为相铣、 半精铣和精铣，分布加工减少产生的应力，每个步骤间增加去应力退火工序，控制变形;③粗铣零件时反面增加去应力槽，使零件内应力充分释放，再进行半精加工去余量（半精铣每个加工面预留加工余量1m），最后精铣至图示尺寸;④粗铣采用拼装夹具夹紧， 半精铣去除应力槽后采用压板压紧，精铣也采用压板压紧。

1.2.2 铝合金长轴类零件

铝合金长轴类零件，先粗去余量，自然时效48小时后（加工余量大自然时效时间更长）再精加工。采用一夹一顶装夹零件，粗加工后去除顶尖孔，精车重新制顶尖孔后再加工。需要注意粗加工尽量去除加工余量，让零件释放内应力，减少残存应力对精加工的影响。加工路线：粗加工——自然时效——半精加工——自然时效——精加工。

例3：零件分析：（零件图见图3）

①零件下料方式不当：产生内应力，原材料弯曲。②车加工中的变形：该零件结构为细长轴，采用一顶一夹加工，零件和车刀晃动大，造成零件变形。③零件加工后的变形：半成品零件存在较多的内应力，未能及时消除，造成零件变形。

解决方案：

①明确下料方式，使用锯床下料，这种方式可以有效的避免下料变形。

②具体加工路线如下：

工步1粗车：钻顶尖孔，一夹？准18一顶车一半外圆由？准18至？准14;调头钻顶尖孔，一夹？准14一顶车另一半外圆由？准18至？准12;将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效48小时以上，让零件内应力释放。

工步2半精车：车掉上工步顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹？准12一顶车一半外圆由？准14至？准12.4;调头车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹？准12.4一顶车一半外圆由？准12至？准10.4; 将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效24 小时以上，让零件内应力释放。

工步3精车：车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹？准10.4一顶车一端外圆由？准12. 4至？准12;调头车掉原来顶尖孔，重新制顶尖孔，一夹？准12一顶车一半外圆由？准10.4至？准10;将零件竖直放（使零件直径方向不受力），自然时效24小时以上，让零件内应力释放。

工步4：精车加工两端螺纹孔。

2  结论

本文解释了铝合金的铝合金零件加工变形产生原因，介绍了解决铝合金机械加工变形的方法，并针对零件机械加工实例提出了相应的方法，为后续生产加工铝合金零件提供切實可靠的的依据和指导。

铝合金机械加工变形与铝合金零件加工的质量有紧密的联系，如何更好的控制铝合金加工变形，减少零件内的残余应力，一直受到国际上重视。

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