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發布日期:[2016-04-24]    共閱[1343]次
    減少鋁合金零件加工變形與工件表面變黑的原因及措施

2016-04-20 工具技術

  在飛機結構中,為了減輕重量,采用了大量的鋁合金材料的
薄壁零件,由于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,加工余量大,變形
問題更為突出。

1.加工變形的原因
  鋁合金零件加工變形的原因很多,與材質、零件形狀、生產
條件、切削液的性能等都有關系。主要有以下幾個方面:毛坯內
應力引起的變形,切削力、切削熱引起的變形,夾緊力引起的變
形。


2.減少加工變形的工藝措施
(1)降低毛坯的內應力
  采用自然或人工時效以及振動處理,均可部分消除毛坯的內
應力。預先加工也是行之有效的工藝方法。對肥頭大耳的毛坯,
由于余量大,故加工后變形也大。若預先加工掉毛坯的多余部
分,縮小各部分的余量,不僅可以減少以后工序的加工變形,而
且預先加工后放置一段時間,還可以釋放一部分內應力。
(2)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重要。
①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量有直接的影
響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時,由于進給量大,
切削負荷重,發熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,后角應選
擇小一些。精銑時,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。
②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
個刀齒;φ30——φ60mm的銑刀采用三個刀齒較好,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,否則容易產生
積屑瘤。切削時,工件的溫度一般不要超過100℃,以防止變形。
③改善工件的夾裝方法。
  對于剛性較差的薄壁鋁合金工件,可以采用以下的夾裝方
法,以減少變形:
  對于薄壁襯套類零件,如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從
徑向夾緊,加工后一旦松開,工件必然發生變形。此時,應該利
用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內孔定位,自制一個
帶螺紋的穿心軸,套入零件的內孔,其上用一個蓋板壓緊端面再
用螺帽背緊。加工外圓時就可避免夾緊變形,從而得到滿意的加
工精度。
  對薄壁薄板工件進行加工時,最好選用真空吸盤,以獲得分
布均勻的夾緊力,再以較小的切削用量來加工,可以很好地防止
工件變形。
  另外,還可以使用填塞法。為增加薄壁工件的工藝剛性,可
在工件內部填充介質,以減少裝夾和切削過程中工件達變形。例
如,向工件內灌入含3%——6%硝酸鉀的尿素熔融物,加工以后,
將工件浸入水或酒精中,就可以將該填充物溶解倒出。
④合理安排工序。
  高速切削時,由于加工余量大以及斷續切削,因此銑削過程
往往產生振動,影響加工精度和表面粗糙度。所以,數控高速切
削加工工藝過程一般可分為;粗加工-半精加工-清角加工-精加工
等工序。對于精度要求高的零件,有時需要進行二次半精加工,
然后再進行精加工。粗加工之后,零件可以自然冷卻,消除粗加
工產生的內應力,減小變形。粗加工之后留下的余量應大于變形
量,一般為1-2mm。精加工時,零件精加工表面要保持均勻的加工
余量,一般以0.2-0.5mm為宜,使刀具在加工過程中處于平穩的狀
態,可以大大減少切削變形,獲得良好的表面加工質量,保證產
品的精度。

3.操作技巧
  鋁合金材料的零件在加工過程中變形,除了上述的原因之
外,在實際操作中,操作方法也是非常重要的。
(1)對于加工余量大的零件,為使其在加工過程中有比較好的散
熱條件,避免熱量集中,加工時,宜采用對稱加工。如有一塊
90mm厚的板料需要加工到60mm,若銑好一面后立即銑削另一面,
一次加工到最后尺寸,則平面度達5mm;若采用反復進刀對稱加
工,每一面分兩次加工到最后尺寸,可保證平面度達到0.3mm。
(2)如果板材零件上有多個型腔,如圖4所示。加工時,不宜采
用一個型腔一個型腔的次序加工方法,這樣容易造成零件受力不
均勻而產生變形。采用分層多次加工,每一層盡量同時加工到所
有的型腔,然后再加工下一個層次,使零件均勻受力,減小變
形。
(3)通過改變切削用量來減少切削力、切削熱。在切削用量的三
要素中,背吃刀量對切削力的影響很大。如果加工余量太大,一
次走刀的切削力太大,不僅會使零件變形,而且還會影響機床主
軸剛性、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量,又會使生產效
率大打折扣。不過,在數控加工中都是高速銑削,可以克服這一
難題。在減少背吃刀量的同時,只要相應地增大進給,提高機床
的轉速,就可以降低切削力,同時保證加工效率。
(4)走刀順序也要講究。粗加工強調的是提高加工效率,追求單
位時間內的切除率,一般可采用逆銑。即以最快的速度、最短的
時間切除毛坯表面的多余材料,基本形成精加工所要求的幾何輪
廓。而精加工所強調的是高精度高質量,宜采用順銑。因為順銑
時刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減至零,加工硬化程度大為減
輕,同時減輕零件的變形程度。
(5)薄壁工件在加工時由于裝夾產生變形,即使精加工也是難以
避免的。為使工件變形減小到最低限度,可以在精加工即將達到
最后尺寸之前,把壓緊件松一下,使工件自由恢復到原狀,然后
再輕微壓緊,以剛能夾住工件為準(完全憑手感),這樣可以獲
得理想的加工效果。總之,夾緊力的作用點最好在支承面上,夾
緊力應作用在工件剛性好的方向,在保證工件不松動的前提下,
夾緊力越小越好。
(6)在加工帶型腔零件時,加工型腔時盡量不要讓銑刀像鉆頭似
的直接向下扎入零件,導致銑刀容屑空間不夠,排屑不順暢,造
成零件過熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現象。要先用與銑刀同
尺寸或大一號的鉆頭鉆下刀孔,再用銑刀銑削。或者,可以用CAM
軟件生產螺旋下刀程序。
  鋁氧化加工鋁合金鑄造一般都是用金屬型鑄造,金屬鋁及鋁
合金具有很好的流動性和可塑性,但在使用過程中容易變黑,到
底怎么回事呢?
①工藝設計不合理。
  鋁合金壓鑄件在清洗或壓檢后處理不當,為鋁合金壓鑄件發
霉變黑創造了條件,加速了霉變的生成。
②倉儲管理不到位。
  將鋁合金壓鑄件存放在倉庫不同的高度,其發霉的狀況也不
同。
③鋁合金的內部因素。
  很多鋁合金壓鑄件廠家在壓鑄、機加工工序之后,不做任何
清潔處理,或者簡單的用水沖沖,無法做到徹底清洗干凈,壓鑄
鋁表面殘留有脫模劑、切削液、皂化液等腐蝕性物質以及其他污
漬,這些污漬加快了鋁合金壓鑄件長霉點變黑的速度。
④鋁合金外部環境因素。
  鋁是活潑金屬,在一定的溫度和濕度條件下極易氧化變黑或
發霉,這是鋁本身的特性決定的。
⑤選用清洗劑不得當。
  選用的清洗劑具有強腐蝕性,造成壓鑄鋁腐蝕氧化。

 
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