在飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(shù)較大,薄壁加工過(guò)程中很容易變形。尤其是在采用自由鍛毛坯時(shí),加工余量大,變形問(wèn)題更為突出。
鋁合金零件加工變形的原因很多,與材質(zhì)、零件形狀、生產(chǎn)條件、切削液的性能等都有關(guān)系。主要有以下幾個(gè)方面:毛坯內(nèi)應(yīng)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。
采用自然或人工時(shí)效以及振動(dòng)處理,均可部分消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力。預(yù)先加工也是行之有效的工藝方法。對(duì)肥頭大耳的毛坯,由于余量大,故加工后變形也大。若預(yù)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(yù)先加工后放置一段時(shí)間,還可以釋放一部分內(nèi)應(yīng)力。
刀具的材料、幾何參數(shù)對(duì)切削力、切削熱有重要的影響,正確選擇刀具,對(duì)減少零件加工變形至關(guān)重要。
前角:在保持刀刃強(qiáng)度的條件下,前角適當(dāng)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(jìn)而降低切削力和切削溫度。切忌使用負(fù)前角刀具。
后角:后角大小對(duì)后刀面磨損及加工表面質(zhì)量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時(shí),由于進(jìn)給量大,切削負(fù)荷重,發(fā)熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,后角應(yīng)選擇小一些。精銑時(shí),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(yīng)選擇大一些。
螺旋角:為使銑削平穩(wěn),降低銑削力,螺旋角應(yīng)盡可能選擇大一些。
主偏角:適當(dāng)減小主偏角可以改善散熱條件,使加工區(qū)的平均溫度下降。
減少銑刀齒數(shù),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(yīng)該較大、銑刀齒數(shù)較少為好。例如,φ20mm以下的銑刀采用兩個(gè)刀齒;φ30-φ60mm的銑刀采用三個(gè)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(yīng)該用細(xì)油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下,以消除刃磨刀齒時(shí)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(yán)格控制刀具的磨損標(biāo)準(zhǔn):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(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該大于0.2mm,否則容易產(chǎn)生積屑瘤。切削時(shí),工件的溫度一般不要超過(guò)100℃,以防止變形。
對(duì)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(duì)于薄壁襯套類零件,如果用三爪自定心卡盤(pán)或彈簧夾頭從徑向夾緊,加工后一旦松開(kāi),工件必然發(fā)生變形。此時(shí),應(yīng)該利用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內(nèi)孔定位,自制一個(gè)帶螺紋的穿心軸,套入零件的內(nèi)孔,其上用一個(gè)蓋板壓緊端面再用螺帽背緊。加工外圓時(shí)就可避免夾緊變形,從而得到滿意的加工精度。
對(duì)薄壁薄板工件進(jìn)行加工時(shí),最好選用真空吸盤(pán),以獲得分布均勻的夾緊力,再以較小的切削用量來(lái)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(nèi)部填充介質(zhì),以減少裝夾和切削過(guò)程中工件達(dá)變形。例如,向工件內(nèi)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。
鋁合金材料的零件在加工過(guò)程中變形,除了上述的原因之外,在實(shí)際操作中,操作方法也是非常重要的。
(1)對(duì)于加工余量大的零件,為使其在加工過(guò)程中有比較好的散熱條件,避免熱量集中,加工時(shí),宜采用對(duì)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(dá)5mm;若采用反復(fù)進(jìn)刀對(duì)稱加工,每一面分兩次加工到最后尺寸,可保證平面度達(dá)到0.3mm。
(2)如果板材零件上有多個(gè)型腔,加工時(shí),不宜采用一個(gè)型腔一個(gè)型腔的次序加工方法,這樣容易造成零件受力不均勻而產(chǎn)生變形。采用分層多次加工,每一層盡量同時(shí)加工到所有的型腔,然后再加工下一個(gè)層次,使零件均勻受力,減小變形。
(3)通過(guò)改變切削用量來(lái)減少切削力、切削熱。在切削用量的三要素中,背吃刀量對(duì)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(huì)使零件變形,而且還會(huì)影響機(jī)床主軸剛性、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量,又會(huì)使生產(chǎn)效率大打折扣。不過(guò),在數(shù)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(shí),只要相應(yīng)地增大進(jìn)給,提高機(jī)床的轉(zhuǎn)速,就可以降低切削力,同時(shí)保證加工效率。
(4)走刀順序也要講究。粗加工強(qiáng)調(diào)的是提高加工效率,追求單位時(shí)間內(nèi)的切除率,一般可采用逆銑。即以最快的速度、最短的時(shí)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(qiáng)調(diào)的是高精度高質(zhì)量,宜采用順銑。因?yàn)轫樸姇r(shí)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(shí)減輕零件的變形程度。
(5)薄壁工件在加工時(shí)由于裝夾產(chǎn)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(dá)到最后尺寸之前,把壓緊件松一下,使工件自由恢復(fù)到原狀,然后再輕微壓緊,以剛能夾住工件為準(zhǔn)(完全憑手感),這樣可以獲得理想的加工效果??傊?,夾緊力的作用點(diǎn)最好在支承面上,夾緊力應(yīng)作用在工件剛性好的方向,在保證工件不松動(dòng)的前提下,夾緊力越小越好。
(6)在加工帶型腔零件時(shí),加工型腔時(shí)盡量不要讓銑刀像鉆頭似的直接向下扎入零件,導(dǎo)致銑刀容屑空間不夠,排屑不順暢,造成零件過(guò)熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現(xiàn)象。要先用與銑刀同尺寸或大一號(hào)的鉆頭鉆下刀孔,再用銑刀銑削?;蛘?,可以用CAM軟件生產(chǎn)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(dòng)性和可塑性,但在使用過(guò)程中容易變黑,原因?yàn)椋?br/>
(1)工藝設(shè)計(jì)不合理。鋁合金壓鑄件在清洗或壓檢后處理不當(dāng),為鋁合金壓鑄件發(fā)霉變黑創(chuàng)造了條件,加速了霉變的生成。
(2)倉(cāng)儲(chǔ)管理不到位。將鋁合金壓鑄件存放在倉(cāng)庫(kù)不同的高度,其發(fā)霉的狀況也不同。
(3)鋁合金的內(nèi)部因素。很多鋁合金壓鑄件廠家在壓鑄、機(jī)加工工序之后,不做任何清潔處理,或者簡(jiǎn)單的用水沖沖,無(wú)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(zhì)以及其他污漬,這些污漬加快了鋁合金壓鑄件長(zhǎng)霉點(diǎn)變黑的速度。
(4)鋁合金外部環(huán)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(fā)霉,這是鋁本身的特性決定的。
(5)選用清洗劑不得當(dāng)。選用的清洗劑具有強(qiáng)腐蝕性,造成壓鑄鋁腐蝕氧化。