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【干货】减少铝合金零件加工变形的途径!
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【干货】减少铝合金零件加工变形的途径!

【摘要】:
加工变形的原因 铝合金零件加工变形的原因很多,与材质、零件形状、生产条件、切削液的性能等都有关系。主要有以下几个方面:毛坯内应力引起的变形,切削力、切削热引起的变形,夹紧力引起的变形。   减少加工变形的工艺措施   降低毛坯的内应力 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。对肥头大耳的毛坯,由于余量大,故加工后变形也大。若预先加工掉毛坯的多余部分。

加工变形的原因

 

 

铝合金零件加工变形的原因很多,与材质、零件形状、生产条件、切削液的性能等都有关系。主要有以下几个方面:毛坯内应力引起的变形,切削力、切削热引起的变形,夹紧力引起的变形。

 

 

 

减少加工变形的工艺措施

 

 

 

降低毛坯的内应力

 

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。对肥头大耳的毛坯,由于余量大,故加工后变形也大。若预先加工掉毛坯的多余部分,缩小各部分的余量,不仅可以减少以后工序的加工变形,而且预先加工后放置一段时间,还可以释放一部分内应力。

 

 

合理选择刀具几何参数

 

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。切忌使用负前角刀具。

 

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。

 

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。

 

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。

 

严格控制刀具的磨损标准:刀具磨损后,工件表面粗糙度值增加,切削温度上升,工件变形随之增加。因此,除选用耐磨性好的刀具材料外,刀具磨损标准不应该大于0.2mm,否则容易产生积屑瘤。切削时,工件的温度一般不要超过100℃,以防止变形。

 

 

 

改善工件的夹装方法

 

 

对于刚性较差的薄壁铝合金工件,可以采用以下的夹装方法,以减少变形:

 

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,从而得到满意的加工精度。

 

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。

 

另外,还可以使用填塞法。为增加薄壁工件的工艺刚性,可在工件内部填充介质,以减少装夹和切削过程中工件达变形。例如,向工件内灌入含3%——6%硝酸钾的尿素熔融物,加工以后,将工件浸入水或酒精中,就可以将该填充物溶解倒出。

 

 

操作技巧

 

 

铝合金材料的零件在加工过程中变形,除了上述的原因之外,在实际操作中,操作方法也是非常重要的。

 

(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。如有一块90mm厚的板料需要加工到60mm,若铣好一面后立即铣削另一面,一次加工到最后尺寸,则平面度达5mm;若采用反复进刀对称加工,每一面分两次加工到最后尺寸,可保证平面度达到0.3mm。

 

(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。采用分层多次加工,每一层尽量同时加工到所有的型腔,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。如果加工余量太大,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、降低刀具的耐用度。如果减少背吃刀量,又会使生产效率大打折扣。不过,在数控加工中都是高速铣削,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)走刀顺序也要讲究。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。因为顺铣时刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零,加工硬化程度大为减轻,同时减轻零件的变形程度。

 

(5)薄壁工件在加工时由于装夹产生变形,即使精加工也是难以避免的。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(完全凭手感),这样可以获得理想的加工效果。总之,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。

 

(6)在加工带型腔零件时,加工型腔时尽量不要让铣刀像钻头似的直接向下扎入零件,导致铣刀容屑空间不够,排屑不顺畅,造成零件过热、膨胀以及崩刀、断刀等不利现象。要先用与铣刀同尺寸或大一号的钻头钻下刀孔,再用铣刀铣削。或者,可以用CAM软件生产螺旋下刀程序。