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鋁合金加工中避免零件變形的7種方法

發(fā)布時(shí)間：

2021-01-27

鋁合金是重要的工業(yè)原料。由于其硬度相對較小，熱膨脹系數較大，在薄壁、薄板類(lèi)零件的機械加工中容易發(fā)生變形。除了改善刀具性能以及預先采用時(shí)效處理消除材料的內應力之外，從加工工藝的角度，也可以采取一些手段，盡可能減少材料的加工變形。

　　鋁合金是重要的工業(yè)原料。由于其硬度相對較小，熱膨脹系數較大，在薄壁、薄板類(lèi)零件的機械加工中容易發(fā)生變形。除了改善刀具性能以及預先采用時(shí)效處理消除材料的內應力之外，從加工工藝的角度，也可以采取一些手段，盡可能減少材料的加工變形。

　　對于加工余量較大的鋁合金零件，為了創(chuàng )造較好的散熱條件，減少熱變形，須盡量避免熱量過(guò)于集中，可以采取的方法就是對稱(chēng)加工。舉例來(lái)說(shuō)，有一塊90毫米厚的鋁合金板，需要將其銑削至60毫米厚，如果銑好一面之后立即翻過(guò)來(lái)銑另一面，由于每個(gè)面都是一次加工到最后的尺寸，連續加工余量較大，就會(huì )造成熱量集中的問(wèn)題，這樣銑削好的鋁合金板平面度只能達到5毫米。如果采用兩面反復進(jìn)刀的對稱(chēng)加工方法，使每個(gè)面都至少分兩次加工，直到達到最后的尺寸，這樣有利于散熱，平面度可以控制在0.3毫米。

　　▌ 分層多次加工法

　　當鋁合金板類(lèi)零件上有多個(gè)型腔需要加工時(shí)，如果采用一個(gè)型腔一個(gè)型腔依次加工的方法，就容易使型腔壁由于受力不均勻而纏上變形。好的解決方法是采取分層多次加工法，即同時(shí)對所有型腔進(jìn)行加工，但不是一次加工完成，而是分若干個(gè)層次，逐層加工到需要的尺寸。這樣零件受力會(huì )比較均勻，變形的幾率較小。

　　▌ 恰當選擇切削用量

　　選擇恰當的切削用量可以有效減少切削過(guò)程中的切削力和切削熱。機械加工過(guò)程中，切削用量偏大會(huì )導致一次走刀的切削力過(guò)大，極易造成零件的變形，而且對機床主軸剛性和刀具的耐用度都會(huì )造成影響。在切削用量的各個(gè)要素中，對切削力影響大的就是背吃刀量。按說(shuō)減小背吃刀量有利于保證零件不變形，但同時(shí)又會(huì )降低加工效率。數控加工的高速銑削能夠解決這一問(wèn)題，只需要在減小背吃刀量的同時(shí)，相應地增大進(jìn)給量，并提高機床的轉速，就可以既降低切削力，又能夠保證加工效率。

　　▌ 改善刀具的切削能力

　　刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響，正確選擇刀具，對減少零件加工變形至關(guān)重要。

　?、?合理選擇刀具幾何參數。

　　前角：在保持刀刃強度的條件下，前角適當選擇大一些，一方面可以磨出鋒利的刃口，另外可以減少切削變形，使排屑順利，進(jìn)而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。

　　后角：后角大小對后刀面磨損及加工表面質(zhì)量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時(shí)，由于進(jìn)給量大，切削負荷重，發(fā)熱量大，要求刀具散熱條件好，因此，后角應選擇小一些。精銑時(shí)，要求刃口鋒利，減輕后刀面與加工表面的摩擦，減小彈性變形，因此，后角應選擇大一些。

　　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：適當減小主偏角可以改善散熱條件，使加工區的平均溫度下降。

　?、?改善刀具結構。

　　減少銑刀齒數，加大容屑空間。由于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(gè)刀齒;φ30～φ60mm的銑刀采用三個(gè)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于Ra=0.4um。在使用新刀之前，應該用細油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下，以消除刃磨刀齒時(shí)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。

　　嚴格控制刀具的磨損標準：刀具磨損后，工件表面粗糙度值增加，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于0.2mm，否則容易產(chǎn)生積屑瘤。切削時(shí)，工件的溫度一般不要超過(guò)100℃，以防止變形。

　　▌ 走刀順序有講究

　　粗加工和精加工應該采用不同的走刀順序。粗加工要求以快的切削速度，在短的時(shí)間內切除毛坯表面的多余材料，形成精加工所要求的幾何輪廓。因此強調的是加工效率，追求單位時(shí)間內的材料切除率，應該使用逆銑。而精加工對加工精度和表面質(zhì)量要求更高，強調加工質(zhì)量，應該使用順銑。由于順銑時(shí)刀齒的切削厚度從大逐漸遞減為零，會(huì )大大減少加工硬化現象，并且對零件的變形也有一定程度的抑制作用。

　　▌ 薄壁件二次壓緊

　　在加工鋁合金薄壁件時(shí)，裝夾時(shí)的壓緊力也是產(chǎn)生變形的一個(gè)重要原因，這是即便提高加工精度也難以避免的。為了降低工件由于裝夾而產(chǎn)生的變形，可以在精加工達到最后尺寸之前，將壓緊的零件松一下，釋放壓緊力，使零件自由恢復到原狀，然后再重新輕微壓緊。二次壓緊的作用點(diǎn)在支承面上，夾緊力應作用在工件剛性好的方向，壓緊力大小以剛能夾住工件不發(fā)生松動(dòng)為準，這對于操作人員的經(jīng)驗和手感有較高的要求。這樣加工出的零件壓緊變形是較小的。

　　▌ 先鉆后銑加工法

　　在加工帶型腔的零件時(shí)，如果用銑刀直接向下扎入零件會(huì )因為銑刀的容屑空間不足而造成排屑不暢，從而導致零件積累大量的切削熱，并發(fā)生膨脹變形，甚至有可能造成崩刀、斷刀等事故。好的方法是先鉆后銑，即先是用尺寸不小于銑刀的鉆頭鉆出刀孔，再用銑刀伸入刀孔開(kāi)始銑削，這樣可以有效解決上面提到的問(wèn)題。