钱晓亮 刘海艳 王波
北方华安工业集团有限公司 黑龙江 碾子山 161046
摘要：薄壁铝合金的热处理参数均有完整的手册、技术数据等资料可以参考，而且参数准确完整，但是就热处理操作过程而言，可参考的文献非常少，尤其是各单位的产品特点、设备及加工特性、工艺设计习惯等都各不相同，这些方面的影响使得在具体零件热处理的操作中有一定区别，甚至某些方面相差甚远，它受经验因素影响较大，而这部分经验有别于理论研究，没有成熟的资料可以借鉴，往往是在生产实际和某种特定产品反复生产实践中总结归纳获得的。
关键词：薄壁铝合金零件热处理变形控制工艺研究
前言：大型薄壁结构零件具有结构紧凑、节省材料、重量较轻等优良特性，能够有效减轻整体结构的质量，近年来越来越广泛地应用于航空航天领域。然而，薄壁结构零件由于壁薄、刚度较低等特点，在加工过程中受到初始残余应力、切削力、装夹条件等因素的作用极易产生加工变形，严重影响薄壁零件的尺寸精度与使用性能。因此，针对大型薄壁结构零件的加工变形进行合理的分析预测，研究影响加工变形的主要因素，为制定适当的变形控制措施提供参考，具有重要的理论价值和实际意义。
一、国内薄壁件加工变形研究现状
由于薄壁结构件在航空航天工业中的重要作用，国外对于薄壁结构件加工变形以及变形控制问题非常重视，在这方面的研究起步较早，并进行了大量的分析研究工作。针对弱刚度零件的加工变形预测方法与补偿矫正技术进行研究，将神经网络方法和遗传算法相结合，建立切削力的动态模型，并将切削力载荷加载到铣削过程的有限元模型当中，很好地预测了铣削加工过程中薄壁件的加工变形；同时，结合以上方法预测出的加工变形结果，在分析残余应力释放对加工变形的影响方面，对包括剪切带长度、切削刃形状、切削深度以及刀具磨损量这四种变量的正交直角切削过程中的表面残余应力分布规律进行了研究，研究表明残余应力越低，加工变形的程度越小考虑刀具与工件的变形，分析了铣削加工中的加工误差。在研究装夹方案及工艺优化补偿变形方面，通过分析夹紧力对薄壁件加工变形的影响，针对框架类薄壁结构件设计出了一种可以在加工中自动调整夹紧力的智能夹具，能够有效提高加工精度并据此优化了切削参数，减小零件加工变形。
二、薄壁铝合金零件变形难点分析
1)因为铝合金材料本身的熔点偏低，且激活能较大，所以在温度升高的过程中存在非常强的可塑性。这一个特点不仅会让铝合金的加工变得更加低能耗，还可以节约成本；在高温环境下，容易让铝合金材料出现组织的裂变，在高温高压的环境下，刀具出现的磨损偏大，随着刀屑界面摩擦力的增大就会有屑瘤出现。
2)考虑到铝合金材料本身较薄，所以在具体的加工过程中，每一次的切削加工都可能使材料发生变形，这样不但会影响零件的尺寸精度，同时对于形位公差也会造成或多或少的影响。
3)薄壁铝合金材料本身的刚性偏弱，如果不能合理设置切削的参数，在加工的过程中，材料就会同机床发生共振，导致形变，对零件的质量和外观结构造成直接的影响。
4)在径向夹紧力和切削力的作用下，因为弹力也会让零件产生形变，也就是在加工工件时会有应力变形的出现。
三、薄壁铝合金零件热处理变形控制工艺
想要消除薄壁铝合金零件的加工变形，就需要考核到下述几个方面的合理选择，使用恰当的方式方法才能够消除加工变形，让薄壁铝合金零件满足加工质量的要求。
1)刀具材料与几何参数的合理选择。
因为铝合金本身拥有极强的加工性，所以刀具材料最好选择超细晶粒的硬质合金刀具或是涂层硬质合金刀具，有利于提高刀具耐用度，减小刀屑界面的摩擦，提升加工表面的质量。
2)零件加工工艺流程的合理选择。由于薄壁零件精度较高，所以在工艺加工中需要将加工应力消除，从而保护加工尺寸的稳定性，在半精加工之后，再进行基准的精加工，将定位基准的椭圆度消除，从而将加工的应力逐次消除。
3)零件加工切削要素的合理选择。铝合金材质拥有良好的导热性，硬度较低，可以进行高速的切削操作，在粗加工过程中需要选择较大的切削速度和大走刀量。因为零件为薄壁，在半精加工时可以选择2／3倍的粗加工切削速度，而精加工则最好选择l／3的切削速度，保持慢走刀量，主要是为了提升零件表面的加工质量，确保尺寸加工精度，将变形消除。
4)为消除加工应力热处理方式的合理选择。通过人工+淬火的毛坯处理，可以均化组织晶粒，帮助组织提升其硬度。在粗加工之后，可以选择固溶处理+时效的方式，帮助零件改善其切削加工性能，确保加工应力的消除与均化。在半精加工之后，就可以进行时效处理，这样可以消除加工应力，在精加工之后，就可以做到应力的均化和消除，确保稳定的循环时效处理，这样也可以将零件加工组织稳定下来，满足加工尺寸的要求。
5)为消除材料氧化，合理选择切销液。消除材料氧化可以选择极压乳化液以及合理的浇注方式，确保切削区温度得以降低，避免氢和铝元素在高温下发生化学反应，遭受腐蚀。
四、薄壁铝合金消除变形加工案例分析
某种薄壁铝合金壳体零件的参数。因为薄壁铝合金本身属于回转体，所以选择车削来进行零件的加工处理。为了防止在加工中发生变形，就需要针对性地确保加工工艺，这样才能满足零件的加工要求。1)由于零件本身加工不便，所以零件会因为径向夹紧力导致变形。一般来说，薄壁壳体零件只有1．5 mm的壁厚，所以在夹紧处就很容易出现形变问题，按照零件端面精度要求，以及后端大圆，180mm、前端中138 mm，孔咖134 mIn的要求。在进行零件的装夹与定位时，这样才能满足零件的精度要求和形位公差的要求。为了符合加工技术提出的加工规范标准，消除径向夹紧力变形，就应该在180mm的后断面上使用工艺凸台，这样就可以通过换压板来处理轴向的夹紧，帮助零件实现一次性的外圆、断面以及孔的定位要求，确保其不会出现变形。2)由于高温切削的存在，很容易让零件氧化。壁铝合金材料很容易与氢气发生化学反应，使得诸多针孔出现在零件的表面。这时，就需要通过空刀杆浇筑的方式，利用刀杆中间的孔，在零件接触加工的表面或者是在刀尖上喷注切削液，这样就可以降低切削区域的温度。考虑到粗加工环节需要大量的切削用量，就会增加加工区域的切削温度，所以在具体的操作环节，可以选择5％的乳化切削液，控制刀尖切削过程中的温度，确保刀具耐用度能够满足切削的整体要求。在精加工过程中，则需要考虑铝合金材料的腐蚀问题，尽可能减少摩擦与粘刀的问题出现，冷却液可以选择机油与煤油的混合油，这样可以控制零件表面的加工质量，避免出现零件加工变形的问题。
结束语：随着时代的发展，薄壁铝合金材料在现代化的工业领域中应用越来越广泛，但也会更多地面临材料出现变形的局面。所以在使用薄壁铝合金材料时，如何消除变形就成为急需解决的问题之一。在今后的薄壁铝合金零件的加工中对变形的控制，还需要更多的实践操作来确保整体的加工质量。
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