李树珍
新乡航空工业（集团）有限公司 河南 新乡 453049
摘要：铝合金薄壁零件因其重量轻，且结构较为紧密等特点广泛采用到散热器使用上。但在实际加工过程中，壁薄且又细又长的零件，更容易发生变形，加工成型后不能保证零件的尺寸精度。本文希望提供一些有价值的参考，减少零件在加工过程中变形，保证零件精度，提高零件的合格率，保证产品质量。
关键词：铝合金 薄壁 细长 变形 加工精度 工艺措施
引言
封条零件是板翅式散热器中用于支撑波纹板的主要零件，每套散热器用量在几十至上百件。封条零件是与波纹板相配合进行钎焊的,而钎焊对封条的尺寸精度和直线度要求都非常高。若封条尺寸局部超差,则容易造成封条与波纹板相接处局部焊接缺陷,影响产品性能，甚至造成产品报废。
对于部分科研新品封条零件尺寸精度高，公差带±0.01mm，采购成本高，往往需要使用板料加工。
但该材料类型的零件，刚性差，易变形，每批零件的加工,废品率都高达30%以上。在进行机械加工时很难保证焊接需求的尺寸精度，因此该薄壁零件的加工变形的一直为该产品加工难题。
1封条类零件工艺难点
1.1零件简介
本厂常见的封条如下图所示。封条外形尺寸为2±0.02*3*96mm（和1.65±0.01*3*300mm（图一）。图一的细长比为1:48。为超过超细长杆定义的1.5倍和5倍以上，且该类零件是铝合金薄壁细长中最具代表性的。
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图一
在加工过程中，加工零件的变形与零件的装夹方式、零件的材料、零件的受力变形等多种因素有关。
1.2机床及装夹定位
因该类封条形状简单，之前加工一直用普铣（X8126）机床加工，加工时用多个压板压紧加工,为保证封条公差±0.0.1的公差，需反复进行四次铣削两侧面，并跟随四次去毛刺工序，工序繁长，且零件在加工过程中的刚性更差，因此装夹零件时，夹紧力与承受力的作用位置选择不当，就会增加零件的内应力。夹、压所产生的弹力，造成零件卸下后，因塑性变形产生的回弹变形，从而影响零件的直线度和尺寸精度。进而导致零件的废品率产生。因此应对零件装夹、定位、设计合理，降低零件变形的可能性，保证质量。
1.3残余应力和加工精度
铝合金材料的特点是工艺性好，适合加工的能力强，刚性差，易受力变形。零件加工时，刀具与零件挤压，刀具前刀面和后刀面与已加工面的挤压摩擦作用，增加零件内部的残余应力（如下图受力分析图，黄色区域为刀具切削挤压对材料内部的应力分布）导致零件局部变形，内部应力重新分布，使零件处于一种不稳定状态，受力部位产生微变形，导致该部位切削深度小，走刀过后，外力作用消失，应力回弹，零件内部应力又重新分配，变形。再次精加工，造成零件再次变形，严重影响零件的加工精度和质量。详见下图图三，对刀具切削挤压后材料变形位移大小而进行的有限元分析图：
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1.4 切削力和切削热
在机械加工过程中，只要对零件进行切削，就会有刀具与材料摩擦而产生的热能，受热就容易产生变形。而刀具在旋转过程中，受力振动切削，零件也受力产生振动。而壁薄零件的振动变形犹为明显。从而影响零件的加工精度、加工质量。
2 提高该类零件加工精度的改进措施
加工精度，是指零件经过加工后的实际几何参数（尺寸、形位公差）与理解几何参数的符合程度。而它们之间偏移程度则称为加工误差。
该零件经过与本厂行业内的专家及高级技师的反复实践和验证，结合本厂先进的数控机床，建立多种动态、静态模型，采用先进的有限元技术，对加工过程的刀具、工件、切削参数进行分析，提出加工的有效方法，使该封条零件的加工瓶颈问题得到了解决。既保证了零件的加工精度，又提高了零件的生产效率，并将零件的合格率由之前的70%提高到99%以上。
2.1使用先进的精密机床加工，避免因机床引起的几何误差
在机械加工中，工件的成型运动一般都是通过机床完成的，机床的精确度在很大的程度上影响着工件的加工精度。因此选择数控加工中心（MXR-560V）来加工,该机床的主轴回转误差为0.001mm，导轨误差为0，传动连误差为0.002mm，而影响该零件的主要误差为导轨误差，因此该机床误差符合该零件精度。
2.2 合理选择夹具，尽量减少装夹次数
对于薄壁零件，多次装夹就增加多次内应力回弹的次数。零件的刚性随着零件的壁厚的变薄而日益下降。设计合理的工装，可大大减少零件的变形率。现改变已往装夹方式，将板料竖起来，用虎钳的钳口上增加辅助支撑夹紧。增加零件左右两边的刚性支撑，防止在切削过程中，工件产生较大振动，有效减轻零件变形。
2.3对称分层铣削，均匀释放残余应力
对零件分层铣削。对板料两面进行均匀去除余量，并对厚度两面进行交替加工，使残余应力随着交替次数的增加，而释放的更彻底，使该长条类零件的变形降至合格范围。
2.4选用合适刀具，优化铣刀下刀方式
为减少刀具在受力切削产生的刀杆振动，特选用Φ16的抗磨损、带涂层合金铣刀，刀具刚度强，刀刃锋利，为防止铣刀刃部与切屑焊住，选用较大的铣刀前角（55°），减小背吃刀量ap,降低铣削速度V,加大进给量af,采用小余量、低速度大进给铣削，同时使用润滑性能和冷却性能好的切削液降温。开始加工铣切时，采用垂直进刀的切削方式，对板料产生向下的作用压力，从而减少对零件侧壁产生的挤压作用，更有效地保证了尺寸1.65±0.01尺寸的一致性。
3改进效果
经实践加工验证，上述采取的先进设备，及装夹方式，并结合上述在实践中摸索的切削参数进行循环两侧均匀切削、完成。最终较好的保证零件的精密尺寸300mm范围内（1.65±0.01）的公差带，也保证了零件的直线度要求。零件的合格率由70%也提高到了99%。且尺寸一致，在总装车间装配焊接也得到一致好评。
通过本次加工改进，使此封条类零件在今后的加工得以归并，与原加工方式相比，返修率大大降低，合格率显著提升，使零件的生产周期缩短30天，每批产品合格率提高至99%。
4．结论
（1） 通过上述加工验证，解决了此类精密薄壁封条类零件的加工瓶颈。实现了因市场买不到合适规格的标准型材，而由板料加工型材标准的可能。
（2） 该加工方案也验证于其他材料的精密薄壁封条类的零件，用板料来代替标准型材加工。如1Cr18Ni9Ti、TC4等材料，且均加工试验合格。
参考文献
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