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如何防止鋁合金零件加工變形，分析很全面

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時間：2019/5/21 3:41:01
        在飛機結構中，為了減輕重量，采用了大量的鋅鋁合金材料的薄壁零件，由于鋅鋁合金零件材料熱膨脹系數較大，薄壁加工過程中很容易變形。尤其是在采用自由鍛毛坯時，鋅鋁合金壓鑄加工余量大，變形問題更為突出。

一、加工變形的原因

　　鋅鋁合金(jin)壓鑄(zhu)加工(gong)變(bian)形的(de)原因(yin)很(hen)多，與(yu)材質(zhi)、零件(jian)形狀、生產條件(jian)、切(qie)削(xue)液(ye)的(de)性能等(deng)都有關系。主要有以下幾個方面：毛坯(pi)內應力引(yin)起的(de)變(bian)形，切(qie)削(xue)力、切(qie)削(xue)熱(re)引(yin)起的(de)變(bian)形，夾緊力引(yin)起的(de)變(bian)形。

二、減少(shao)加工變(bian)形(xing)的工藝措施(shi)

　　1、降低毛坯(pi)的內應力

　　采用(yong)自然或人工(gong)(gong)時(shi)效以(yi)(yi)及振動處(chu)理，均可部(bu)(bu)(bu)分(fen)xx毛(mao)坯(pi)的內應力。預先(xian)加工(gong)(gong)也是行之有(you)效的工(gong)(gong)藝方(fang)法。對肥頭大耳(er)的毛(mao)坯(pi)，由(you)于(yu)余(yu)量大，故加工(gong)(gong)后變形也大。若預先(xian)加工(gong)(gong)掉毛(mao)坯(pi)的多余(yu)部(bu)(bu)(bu)分(fen)，縮小各部(bu)(bu)(bu)分(fen)的余(yu)量，不僅可以(yi)(yi)減少以(yi)(yi)后工(gong)(gong)序的加工(gong)(gong)變形，而且預先(xian)加工(gong)(gong)后放置一段時(shi)間，還可以(yi)(yi)釋放一部(bu)(bu)(bu)分(fen)內應力。

　　2、改善刀(dao)具的(de)切削能力

　　刀(dao)具(ju)(ju)的(de)材(cai)料、幾何參數(shu)對切(qie)削力、切(qie)削熱有重(zhong)要(yao)(yao)的(de)影響(xiang)，正確選擇刀(dao)具(ju)(ju)，對減少零件加工變形(xing)至關重(zhong)要(yao)(yao)。

　　①合理選擇刀具幾何參數

　　前(qian)(qian)角(jiao)：在保持刀刃(ren)強度(du)的條件下，前(qian)(qian)角(jiao)適當選擇大一些，一方面可(ke)以(yi)磨出(chu)鋒利(li)的刃(ren)口，另外可(ke)以(yi)減少(shao)切削(xue)(xue)變形，使(shi)排屑(xie)順利(li)，進而降(jiang)低(di)切削(xue)(xue)力和切削(xue)(xue)溫(wen)度(du)。切忌使(shi)用負前(qian)(qian)角(jiao)刀具(ju)。

　　后(hou)角(jiao)(jiao)：后(hou)角(jiao)(jiao)大(da)(da)小(xiao)對后(hou)刀(dao)面(mian)磨損及加(jia)工(gong)(gong)表(biao)面(mian)質量(liang)有直(zhi)接的影響。切削厚度(du)是選擇(ze)后(hou)角(jiao)(jiao)的重要條件(jian)(jian)。粗銑(xian)時，由(you)于進給量(liang)大(da)(da)，切削負荷重，發熱(re)量(liang)大(da)(da)，要求刀(dao)具散熱(re)條件(jian)(jian)好，因此，后(hou)角(jiao)(jiao)應選擇(ze)小(xiao)一(yi)些。精銑(xian)時，要求刃口鋒利(li)，減輕后(hou)刀(dao)面(mian)與加(jia)工(gong)(gong)表(biao)面(mian)的摩擦，減小(xiao)彈(dan)性變形，因此，后(hou)角(jiao)(jiao)應選擇(ze)大(da)(da)一(yi)些。

　　螺旋(xuan)角(jiao)：為使(shi)銑削平(ping)穩(wen)，降(jiang)低銑削力(li)，螺旋(xuan)角(jiao)應盡可能選擇(ze)大(da)一些(xie)。

　　主偏角：適當減小主偏角可以改善散熱條件，使加工區(qu)的平均溫度下降(jiang)。

　　②改善刀具(ju)結(jie)構

　　減少(shao)銑刀(dao)齒(chi)數，加大容(rong)(rong)屑空(kong)間。由于(yu)鋅鋁(lv)(lv)合金材料塑(su)性較大，加工中切削(xue)變形(xing)較大，需要較大的容(rong)(rong)屑空(kong)間，因此容(rong)(rong)屑槽底半徑(jing)應該較大、銑刀(dao)齒(chi)數較少(shao)為(wei)好。例如，φ20mm以下的銑刀(dao)采用兩個刀(dao)齒(chi)；φ30-φ60mm的銑刀(dao)采用三個刀(dao)齒(chi)較好，以避免因切屑堵塞而引起薄壁鋅鋁(lv)(lv)合金零(ling)件(jian)的變形(xing)。

　　精(jing)磨刀(dao)齒：刀(dao)齒切(qie)削(xue)刃部的粗糙(cao)度值要小于Ra=0.4um。在(zai)(zai)使用新刀(dao)之前，應該用細油石在(zai)(zai)刀(dao)齒前、后面(mian)輕輕磨幾下，以(yi)xx刃磨刀(dao)齒時殘留的毛刺及輕微的鋸齒紋。這(zhe)樣，不但可以(yi)降低切(qie)削(xue)熱而且切(qie)削(xue)變形也(ye)比較小。

　　嚴格控制(zhi)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)磨損(sun)標準：刀(dao)(dao)具(ju)磨損(sun)后，工件表面粗糙度(du)值增加(jia)，切(qie)削(xue)溫度(du)上升，工件變形隨之增加(jia)。因此，除選用耐磨性(xing)好的(de)刀(dao)(dao)具(ju)材料外，刀(dao)(dao)具(ju)磨損(sun)標準不應該大于(yu)0.2mm，否則容易產(chan)生積屑瘤。切(qie)削(xue)時(shi)，工件的(de)溫度(du)一般(ban)不要(yao)超過(guo)100℃，以(yi)防止變形。

　　③改善工件的(de)夾裝方(fang)法

　　對于(yu)剛性較差的薄壁鋅鋁(lv)合金工件，可以采用以下的夾裝(zhuang)方(fang)法，以減少變(bian)形：

　　對于薄壁(bi)襯(chen)套類零(ling)件，如(ru)果用(yong)三爪自(zi)定心(xin)卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊，加工后一(yi)旦松開，工件必然發生變(bian)形(xing)。此時(shi)(shi)，應該利用(yong)剛性(xing)較好的軸(zhou)向端面(mian)壓(ya)緊的方法(fa)。以零(ling)件內孔(kong)定位，自(zi)制一(yi)個帶(dai)螺紋的穿心(xin)軸(zhou)，套入零(ling)件的內孔(kong)，其上用(yong)一(yi)個蓋(gai)板(ban)壓(ya)緊端面(mian)再用(yong)螺帽(mao)背緊。加工外圓時(shi)(shi)就(jiu)可避免夾緊變(bian)形(xing)，從而得(de)到滿意的加工精度。

　　對薄壁薄板工件(jian)進行加工時(shi)，{zh0}選用真空吸盤，以獲得分(fen)布均(jun)勻的夾緊力，再以較小的切(qie)削用量來加工，可以很好(hao)地防止工件(jian)變形。

　　另外，還可(ke)以(yi)使用填(tian)塞法。為(wei)增加(jia)薄壁(bi)工(gong)件(jian)的工(gong)藝剛性，可(ke)在(zai)工(gong)件(jian)內部(bu)填(tian)充(chong)介質，以(yi)減少(shao)裝夾(jia)和(he)切(qie)削過程中工(gong)件(jian)達變形。例如，向工(gong)件(jian)內灌(guan)入含(han)3%-6%硝酸(suan)鉀的尿(niao)素熔融物(wu)(wu)，加(jia)工(gong)以(yi)后，將(jiang)工(gong)件(jian)浸入水或酒精中，就可(ke)以(yi)將(jiang)該(gai)填(tian)充(chong)物(wu)(wu)溶解(jie)倒出。

　　④合理安排工序

　　高速(su)(su)切削(xue)(xue)時(shi)(shi)，由于加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)余(yu)量(liang)(liang)大(da)(da)以及斷續切削(xue)(xue)，因(yin)此銑(xian)削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)往(wang)往(wang)產生(sheng)振動，影響加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)和表面粗糙度(du)。所(suo)以，數控高速(su)(su)切削(xue)(xue)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)一(yi)般(ban)(ban)(ban)可分(fen)為；粗加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)-半(ban)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)-清角加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)-精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)等工(gong)(gong)(gong)(gong)序。對(dui)于精(jing)(jing)度(du)要(yao)求高的零(ling)件(jian)，有時(shi)(shi)需要(yao)進行(xing)二次(ci)半(ban)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，然(ran)后(hou)再進行(xing)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)。粗加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)之后(hou)，零(ling)件(jian)可以自然(ran)冷(leng)卻(que)，xx粗加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)產生(sheng)的內應力，減(jian)小變(bian)形。粗加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)之后(hou)留下(xia)的余(yu)量(liang)(liang)應大(da)(da)于變(bian)形量(liang)(liang)，一(yi)般(ban)(ban)(ban)為1-2mm。精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)時(shi)(shi)，零(ling)件(jian)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)表面要(yao)保(bao)持均勻的加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)余(yu)量(liang)(liang)，一(yi)般(ban)(ban)(ban)以0.2-0.5mm為宜，使刀具在(zai)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中處于平穩的狀(zhuang)態，可以大(da)(da)大(da)(da)減(jian)少切削(xue)(xue)變(bian)形，獲得良(liang)好的表面加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)質量(liang)(liang)，保(bao)證產品(pin)的精(jing)(jing)度(du)。

三、操(cao)作技巧

　　鋅(xin)鋁合金材料的零件(jian)在(zai)加(jia)工過程中變形，除了(le)上述(shu)的原因之(zhi)外，在(zai)實際操(cao)作中，操(cao)作方法也是非常重要的。

　　（1）對于加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)余量大的(de)(de)零件，為使其在加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)過程中有比較好(hao)的(de)(de)散熱條件，避免熱量集中，加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)時，宜采用(yong)對稱加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)。如有一(yi)(yi)塊(kuai)90mm厚的(de)(de)板料需要加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)到60mm，若銑(xian)好(hao)一(yi)(yi)面(mian)(mian)后立即銑(xian)削另一(yi)(yi)面(mian)(mian)，一(yi)(yi)次加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)到{zh1}尺寸，則平面(mian)(mian)度達5mm；若采用(yong)反復(fu)進刀對稱加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)，每一(yi)(yi)面(mian)(mian)分兩次加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)到{zh1}尺寸，可保證平面(mian)(mian)度達到0.3mm。

　　（2）如果板材零件上(shang)有多個(ge)(ge)型腔，加工時，不宜采(cai)用一個(ge)(ge)型腔一個(ge)(ge)型腔的(de)次序加工方法，這(zhe)樣容易造成零件受力不均(jun)勻而產(chan)生變形(xing)。采(cai)用分層多次加工，每(mei)一層盡(jin)量同時加工到所(suo)有的(de)型腔，然(ran)后再加工下一個(ge)(ge)層次，使零件均(jun)勻受力，減小變形(xing)。

　　（3）通過改(gai)變切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)用(yong)量來減少(shao)(shao)切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)(li)、切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)熱。在切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)用(yong)量的三要素中(zhong)，背吃刀量對(dui)切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)(li)的影響(xiang)很大(da)(da)。如(ru)果加(jia)(jia)工余量太大(da)(da)，一次走刀的切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)(li)太大(da)(da)，不僅會使零件變形，而且還(huan)會影響(xiang)機床主軸剛(gang)性、降低刀具的耐用(yong)度。如(ru)果減少(shao)(shao)背吃刀量，又會使生產效(xiao)率大(da)(da)打折扣。不過，在數控(kong)加(jia)(jia)工中(zhong)都是高速銑削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)，可(ke)以克(ke)服這一難題。在減少(shao)(shao)背吃刀量的同時，只要相應地增大(da)(da)進給，提高機床的轉速，就可(ke)以降低切削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力(li)(li)(li)，同時保證加(jia)(jia)工效(xiao)率。

　　（4）走刀順(shun)序也(ye)要講究。粗加(jia)(jia)工(gong)強調(diao)的(de)(de)是(shi)提高加(jia)(jia)工(gong)效率(lv)(lv)，追求單位時(shi)(shi)間內的(de)(de)切除(chu)率(lv)(lv)，一般可采用逆銑(xian)。即(ji)以最(zui)快的(de)(de)速(su)度(du)(du)、最(zui)短(duan)的(de)(de)時(shi)(shi)間切除(chu)毛坯表(biao)面的(de)(de)多余材料，基本(ben)形成精加(jia)(jia)工(gong)所要求的(de)(de)幾何輪廓。而精加(jia)(jia)工(gong)所強調(diao)的(de)(de)是(shi)高精度(du)(du)高質量，宜采用順(shun)銑(xian)。因為(wei)順(shun)銑(xian)時(shi)(shi)刀齒的(de)(de)切削厚(hou)度(du)(du)從{zd0}逐漸遞減(jian)(jian)至零(ling)，加(jia)(jia)工(gong)硬化程(cheng)度(du)(du)大為(wei)減(jian)(jian)輕(qing)，同時(shi)(shi)減(jian)(jian)輕(qing)零(ling)件的(de)(de)變(bian)形程(cheng)度(du)(du)。

　　（5）薄壁工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)在加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)時由于裝夾(jia)(jia)產生變形(xing)，即(ji)使(shi)精加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)也是(shi)難以避免(mian)的(de)。為使(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)變形(xing)減小到{zd1}限度，可以在精加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)即(ji)將達到{zh1}尺寸之前(qian)，把壓緊(jin)件(jian)松一(yi)下，使(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)自由恢復到原狀，然后再輕微壓緊(jin)，以剛(gang)(gang)能夾(jia)(jia)住工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)為準(zhun)(xx憑手(shou)感)，這樣可以獲得(de)理想的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)效果。總之，夾(jia)(jia)緊(jin)力(li)的(de)作用點{zh0}在支(zhi)承面上，夾(jia)(jia)緊(jin)力(li)應作用在工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)剛(gang)(gang)性好(hao)的(de)方向(xiang)，在保證工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)不松動(dong)的(de)前(qian)提下，夾(jia)(jia)緊(jin)力(li)越(yue)小越(yue)好(hao)。

　　（6）在加工(gong)帶型腔(qiang)零件(jian)時，加工(gong)型腔(qiang)時盡量不要讓銑刀(dao)(dao)(dao)像鉆頭似的(de)直接(jie)向(xiang)下扎入零件(jian)，導(dao)致銑刀(dao)(dao)(dao)容屑空(kong)間不夠，排屑不順暢，造成(cheng)零件(jian)過熱(re)、膨脹以及崩刀(dao)(dao)(dao)、斷刀(dao)(dao)(dao)等不利現象。要先用與銑刀(dao)(dao)(dao)同尺寸或(huo)大一號的(de)鉆頭鉆下刀(dao)(dao)(dao)孔，再用銑刀(dao)(dao)(dao)銑削。或(huo)者，可以用CAM軟件(jian)生產螺旋(xuan)下刀(dao)(dao)(dao)程序。

四、工件表(biao)面變(bian)黑(hei)

　　鋁(lv)氧化(hua)加工鋅鋁(lv)合(he)金(jin)鑄(zhu)造(zao)一般都(dou)是用金(jin)屬(shu)型(xing)鑄(zhu)造(zao)，金(jin)屬(shu)鋁(lv)及鋅鋁(lv)合(he)金(jin)具有很(hen)好的流動性(xing)和可塑性(xing)，但在使用過程中容易(yi)變黑，原因為：

　　（1）工藝設計(ji)不合理。鋅鋁(lv)合金壓鑄(zhu)(zhu)件在清洗或壓檢后處(chu)理不當(dang)，為鋅鋁(lv)合金壓鑄(zhu)(zhu)件發霉(mei)變黑(hei)創造了條件，加速(su)了霉(mei)變的生成。

　　（2）倉儲(chu)管理不到位。將鋅鋁合金壓鑄件存放在倉庫不同的高度，其發霉的狀況也(ye)不同。

　　（3）鋅(xin)鋁合金(jin)的(de)內部(bu)因素。很多鋅(xin)鋁合金(jin)壓鑄(zhu)件(jian)廠家在(zai)壓鑄(zhu)、機加工(gong)(gong)工(gong)(gong)序之后，不做任何清潔處理，或者簡單的(de)用水(shui)沖(chong)沖(chong)，無法做到徹底(di)清洗干(gan)凈，壓鑄(zhu)鋁表面殘(can)留有(you)脫模劑、切削液、皂化(hua)液等腐(fu)蝕性物質以及其他污(wu)漬(zi)，這些(xie)污(wu)漬(zi)加快了鋅(xin)鋁合金(jin)壓鑄(zhu)件(jian)長(chang)霉點變黑的(de)速(su)度。

　　（4）鋅鋁(lv)(lv)合金外部環境因素(su)。鋁(lv)(lv)是活潑(po)金屬，在(zai)一定的溫度(du)和(he)濕度(du)條件下(xia)極易氧化變黑或(huo)發霉，這(zhe)是鋁(lv)(lv)本身的特性決(jue)定的。

　　（5）選用(yong)清洗劑(ji)不(bu)得當。選用(yong)的清洗劑(ji)具有強腐(fu)蝕性，造成壓鑄鋁腐(fu)蝕氧(yang)化(hua)。


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