铝合金加工中避免零件变形的多种方法

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铝合金是重要的工业原料。由于其硬度相对较小，热膨胀系数较大，在薄壁、薄板类零件的机械加工中容易发生变形。除了改善刀具性能以及预先采用时效处理消除材料的内应力之外，从加工工艺的角度，也可以采取一些手段，尽可能减少材料的加工变形。

对于加工余量较大的铝合金零件，为了创造较好的散热条件，减少热变形，必须尽量避免热量过于集中，可以采取的方法就是对称加工。举例来说，有一块90毫米厚的铝合金板，需要将其铣削至60毫米厚，如果铣好一面之后立即翻过来铣另一面，由于每个面都是一次加工到最后的尺寸，连续加工余量较大，就会造成热量集中的问题，这样铣削好的铝合金板平面度只能达到5毫米。如果采用两面反复进刀的对称加工方法，使每个面都至少分两次加工，直到达到最后的尺寸，这样有利于散热，平面度可以控制在0.3毫米。



分层多次加工法
当铝合金板类零件上有多个型腔需要加工时，如果采用一个型腔一个型腔依次加工的方法，就容易使型腔壁由于受力不均匀而缠上变形。最好的解决方法是采取分层多次加工法，即同时对所有型腔进行加工，但不是一次加工完成，而是分若干个层次，逐层加工到需要的尺寸。这样零件受力会比较均匀，变形的几率较小。

恰当选择切削用量
选择恰当的切削用量可以有效减少切削过程中的切削力和切削热。机械加工过程中，切削用量偏大会导致一次走刀的切削力过大，极易造成零件的变形，而且对机床主轴刚性和刀具的耐用度都会造成影响。在切削用量的各个要素中，对切削力影响最大的就是背吃刀量。按说减小背吃刀量有利于保证零件不变形，但同时又会降低加工效率。数控加工的高速铣削能够解决这一问题，只需要在减小背吃刀量的同时，相应地增大进给量，并提高机床的转速，就可以既降低切削力，又能够保证加工效率。

改善刀具的切削能力
刀具的材料、几何参数对切削力、切削热有重要的影响，正确选择刀具，对减少零件加工变形至关重要。

① 合理选择刀具几何参数。
前角：在保持刀刃强度的条件下，前角适当选择大一些，一方面可以磨出锋利的刃口，另外可以减少切削变形，使排屑顺利，进而降低切削力和切削温度。切忌使用负前角刀具。
后角：后角大小对后刀面磨损及加工表面质量有直接的影响。切削厚度是选择后角的重要条件。粗铣时，由于进给量大，切削负荷重，发热量大，要求刀具散热条件好，因此，后角应选择小一些。精铣时，要求刃口锋利，减轻后刀面与加工表面的摩擦，减小弹性变形，因此，后角应选择大一些。
螺旋角：为使铣削平稳，降低铣削力，螺旋角应尽可能选择大一些。
主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使加工区的平均温度下降。

② 改善刀具结构。
减少铣刀齿数，加大容屑空间。由于铝合金材料塑性较大，加工中切削变形较大，需要较大的容屑空间，因此容屑槽底半径应该较大、铣刀齿数较少为好。例如，φ20mm以下的铣刀采用两个刀齿；φ30～φ60mm的铣刀采用三个刀齿较好，以避免因切屑堵塞而引起薄壁铝合金零件的变形。
精磨刀齿：刀齿切削刃部的粗糙度值要小于Ra=0.4um。在使用新刀之前，应该用细油石在刀齿前、后面轻轻磨几下，以消除刃磨刀齿时残留的毛刺及轻微的锯齿纹。这样，不但可以降低切削热而且切削变形也比较小。
严格控制刀具的磨损标准：刀具磨损后，工件表面粗糙度值增加，切削温度上升，工件变形随之增加。因此，除选用耐磨性好的刀具材料外，刀具磨损标准不应该大于0.2mm，否则容易产生积屑瘤。切削时，工件的温度一般不要超过100℃，以防止变形。

走刀顺序有讲究
粗加工和精加工应该采用不同的走刀顺序。粗加工要求以最快的切削速度，在最短的时间内切除毛坯表面的多余材料，形成精加工所要求的几何轮廓。因此强调的是加工效率，追求单位时间内的材料切除率，应该使用逆铣。而精加工对加工精度和表面质量要求更高，强调加工质量，应该使用顺铣。由于顺铣时刀齿的切削厚度从最大逐渐递减为零，会大大减少加工硬化现象，并且对零件的变形也有一定程度的抑制作用。

薄壁件二次压紧
在加工铝合金薄壁件时，装夹时的压紧力也是产生变形的一个重要原因，这是即便提高加工精度也难以避免的。为了降低工件由于装夹而产生的变形，可以在精加工达到最后尺寸之前，将压紧的零件松一下，释放压紧力，使零件自由恢复到原状，然后再重新轻微压紧。二次压紧的作用点最好在支承面上，夹紧力应作用在工件刚性好的方向，压紧力大小以刚能夹住工件不发生松动为准，这对于操作人员的经验和手感有较高的要求。这样加工出的零件压紧变形是较小的。

先钻后铣加工法
在加工带型腔的零件时，如果用铣刀直接向下扎入零件会因为铣刀的容屑空间不足而造成排屑不畅，从而导致零件积累大量的切削热，并发生膨胀变形，甚至有可能造成崩刀、断刀等事故。最好的方法是先钻后铣，即先是用尺寸不小于铣刀的钻头钻出刀孔，再用铣刀伸入刀孔开始铣削，这样可以有效解决上面提到的问题。