王清华 张朋飞 刘绍宏
中国中车唐山机车车辆有限公司 河北 唐山 063000
摘要：基于实际加工需求，如何控制加工变形量，保证产品和加工质量，成为当前发展当中需要深入思考的重要问题。在实际的加工当中，合理控制加工变形的工艺措施，重点控制力、温度，也就是控制加工过程当中在工件上的力，比如应力、温度等。
关键词：铝合金零件加工；变形原因；工艺控制
1铝合金零件的特征
由于铝合金零件具备重量轻、结构紧凑等特征，因此广泛运用在各个领域内。文中以薄壁铝合金零件进行分析，其中铝合金零件由于刚性差、强度低等特征，在实际的加工当中工艺性能非常差，尤其是切削加工当中，很容易产生翘曲变形的情况。在传统的铣削加工当中，存在热变形力、应力变形情况，加工的时候铝合金零件会发生弹性形变导致扭曲，这样生产出来的零件无法达到设计要求，产品合格率低。但是在具体的加工过程当中，如果选择合理的刀具、夹具、切削液、铣削方式，合理控制热量、应力变形等，能够取得更好的效果，也能够保证成品合格率。
2产生变形的原因
铝合金零件产生变形的原因比较多，经过对实验分析，发现机械加工过程当中产生的原因非常多，比如物理性能影响、零件结构形状、工件装夹、切削过程参数等等这些因素，都会对铝合金零件的性能产生影响，直接导致机械变形。从根本上来看，存在变形的原因有：
（1）应力的综合作用：在加工零件的过程中，切削会改变应力平衡性，导致内部组织状态受到影响。在加工铝合金的过程中，需要利用刀具切削，沿着切削方向铝合金材料会产生变形问题，同时也会牵制相邻里层，在铝合金材料表面产生残余拉应力，在里层会产能参与压应力，在综合作用的影响下，铝合金零件因此出现变形问题。
（2）残余拉应力：在切削工作中，因为摩擦阻力的影响，引发塑性变形问题，在铝合金表面产生较多的热量，导致材料因此膨胀，如果里层温度比较低，表层发生膨胀问题之后，会阻挡里层材料，导致表层金属产生热应力。如果热应力超过了铝合金材料屈服极限，将会引发压缩塑性变形问题。完成切削工作之后，将会不断降低铝合金零部件表面温度，导致体积不断变小，引发表面金属拉应力，在里层中会残留一些拉应力，导致零件出现变形变形问题。
（3）装夹影响、定位要等导致变形，在实际的施工当中，工件装夹和定位过程当中，由于夹紧力大小控制不当，导致夹紧力作用位置不够科学合理，导致工件局部产生一定的弹性形变，在加工之后，撤去夹紧力，工件就会出现变形的情况。当工件上存在几个方向的夹紧力作用，应该充分考虑先后顺序，而且工件与支撑夹紧力应该先作用，且不应该太大，应该平衡切削力。
（4）热作用导致的变形，金属在切削的过程中，存在塑性变形，从而与道具、切屑过程当中产生剧烈的摩擦，在这个过程当中势必会产生很大的切削量。在加工的时候如果这些热量没有及时分散传导出去，工件就会存在热膨胀的现象，导致工件变形，最终影响到工件的加工精度。
3铝合金零件加工变形原因分析及工艺控制对策探讨
3.1内应力的消除
在实际的生产当中，无论是铸造还是锻造的铝合金毛坯材料，都存在内应力的可能。在加工之前，通常应该加强对内应力的处理。
在实际的分析当中，明确内应力在毛坯材料当中处于一种平衡状态，但是在机加工当中的切除一部分材料之后，原本的内应力平衡状态就被打破，在加工之后内部应力被打破且重新分布，产生形变的可能性。因此在切削加工之前应该机械能消除退火、人工、自然时效处理、锤击振动等方式，消除毛坯当中存在的内部应力，能减少后续切削加工当中由于内应力而导致的变形。另外，预加工的方式也是比较有效的处理应力的方式。对加工余量比较大的毛坯部件，由于加工当中切除量比较大，因此在加工之后变形的可能性也越来越大。对于这种现象，采用分步加工的方式，先取出毛坯大部分余量，之后放置一段时间之后，使用粗加工的方式，让内应力得到充分释放，然后再使用后续半精加工、精加工的方式来加工，逐步缩小加工余量可能存在应力破坏，不断提高精度，有效减少因为连续施工导致工件变形的可能性，避免了后续施工当中存在的加工变形的可能性。
3.2刀具的切削性能的改善
（1）参数选择；首先合理选择刀具的参数。①刀具前角，保持刀刃强度，在此前提下，铝合金零件的加工通常会选择一些比较大的前角，这样就能够切削磨削出锋利的刀刃，能够降低切削力避免出现切削变形的可能性，并且能够快速排出磨削屑，保证顺利排出，同时另外切削力也不断减少，避免了切削过程当中存在的挤压塑性变形的可能性，降低了切削热量的存在，降低了区域面积存在的问题。而且尤其要注意铝合金切削的时候，避免使负前角刀具。②刀具后角，后角大小能够影响到后刀面的磨损，以及影响到加工表面的质量。切削厚度的影响因素是后角。在粗铣的时候往往过于追求效率，因此采用大的进给量来切削重，从而产生比较大的切削量，这对刀具的散热性能提出了更多要求。因此在实际的加工当中应该选择小一点的刀具后角，同时精铣的时候也要追求质量，尽量选择刀刃锋利，尽量减少后刀面和加工表面之间的摩擦，因此尽量选择比较大的刀具后角。③螺旋角，会影响到铣削过程当中的平稳性、铣削力，可以避免铣削过程中出现振动的情况，避免波动和变形，因此尽量选择铣刀螺旋角。④主偏角，一方面可以适当减少主偏角，能够延长刀具刀口和加工面之间的接触来改善散热条件，可以降低平均温度；另一方面主偏角大小也会直接影响到铣削过程当中的径向力大小，因此实际的加工当中尽量降低径向力，减小工件的变形。（2）合理选择刀具结构：①使用梳齿铣刀来增加容纳碎屑的空间，因为铝合金的材料塑性比较好，切削过程当中容易产生变形，而梳齿铣刀在特定直径下容纳空间比较大，可以缓解切屑堆积而引起的挤压变形；②使用双正前角铣刀，这种刀具在实际的加工当中都不容易产生积屑瘤，切削力稳定且变形小[4]。（3）严格控制刀具的质量。①提高刀齿的表面质量，在使用之前使用细油石轻磨几下，从而去除磨刀细齿切削表面的粗糙度，可以降低因为内部摩擦产生的切削热，也可以减少切削变形的可能性；②严格控制刀具的磨损标准，刀具切削在一段时间之后必然会存在磨损，刀具表面质量下降很容易增加粗糙程度，导致部件发热、产生变形量。因此在实际的加工当中应该选择耐磨性能好的刀具材料，从而防止变形。
3.3工件装夹方式的改善
在生产加工当中，由于刚性比较差，因此需要针对不同部件的特征进行控制。①针对薄壁型衬套零件，针对这种部件，加工的时候一定要夹紧，比如使用轴向端面压紧的方式来避免变形；②针对薄壁板类型零件，可以选择真空吸盘来加以控制。另外，也可以在精加工即将完毕之前，松一下压紧部件来恢复弹性，之后在压紧，保证精加工的压紧力即可。
结束语
在当前轻量化设计与制造的发展中，铝合金材料具有低密度、优良的抗蚀性、导热性、导电性等优点，被广泛应用在航空、汽车、高铁、医疗等领域内。但是铝合金材料有导热性能好、膨胀系数大等特性，如何控制变形是非常重要的问题。
参考文献
[1]黄栋.铝合金零件加工难点与对策探析[J].现代制造技术与装备,2019(06):123-124.
[2]马彦.复杂薄壁铝合金零件冲击液压成形技术与设备研究[D].大连理工大学,2018.
[3]姚建邦.铝合金复杂特征薄壁零件加工变形控制技术[J].世界有色金属,2018(07):192-193.
[4]卞强,陈柯伟.薄壁铝合金零件加工与工艺分析[J].科技风,2018(03):194.