铝合金零件机械加工工艺

铝合金零件机械加工工艺

李广斌、刘连鹏、万太建

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  青岛 266109

摘要：作为现代加工业中使用量较高的合金材料，铝合金材料具有强度高、密度大、塑性强以及点导热热抗蚀等方面的特性，其比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，具有良好的铸造性能和塑性加工性能、良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性。以上良好的基本性能使其在机械加工生产中的使用频率显著提升。然而随着使用率的提高，使用范围的更加宽广，铝合金零部件的复杂性亦有所提高，对机械加工质量也提出了更高的要求。对此，本文将从铝合金加工工艺的影响因素和加工工艺设计两方面进行探析，旨在通过提升优化加工工艺的方式，促进铝合金零部件精读的提升。

关键词：铝合金材料;机械加工;加工工艺

一、铝合金材料机械加工工艺的影响因素

（一）铝合金材料性能

在工业转型发展的推动下，铝合金材料的应用范围显著扩大，相较而言，铝合金材料与其他材料性能具有较大差异。铝合金材料焊接性能较差，其在焊接完成之后，焊缝中会留下多种不同类型的焊接缺陷，具体表现为严重气孔与严重裂纹等。此外，铝合金材料具有收缩性较强的特征，其在焊接过程中，除极易出现裂纹外，焊接变形也是一大问题。对此，在实际的加工工艺设计过程中，相关工作人员应当强化对这一问题与特点的把控，尽可能规避焊接缺陷，实现铝合金材料的高效利用。此外，铝合金材料还具有良好塑性、强度以及低密度等方面的特征。因此，在使用铝合金材料的过程中，应当侧重于新方法的采用，用以推动铝合金材料使用率的提升。整体而言，在铝合金材料加工的过程中，加工工艺设计人员应当对铝合金材料的特点进行全面把控，并以此为依据优化机械加工工艺，以保障铝合金材料加工损耗率的降低

（二）切削加工参与应力

1.2.1应力综合应用

在零部件加工过程中，切削会导致应力平衡发生变化，进而对被加工材料内部组织状态产生影响。在铝合金材料加工过程中，涉及刀具切削的环节，且以切削方向的差异为依据，铝合金材料会发生变形和牵制相邻里层的效果，铝合金材料的表层会发生残余拉应力，而铝合金材料里层则会产生残余压应力，在两者的综合作用下，材料发生变形。对此，在铝合金材料机械加工的过程中，应当强化对该特点的把控，促进铝合金材料加工质量的提升。

1.2.2残余拉应力

在切削操作的过程中，摩擦阻力会对被加工材料塑性产生影响。切屑加工时，铝合金材料表面产生大量热量，导致材料膨胀，若铝合金材料里层温度较低，被加工表层受热发生膨胀，则会导致金属表层出现热应力现象，若热应力超出铝合金材料本身的屈服极限，则会导致铝合金材料出现压缩塑性性的变形问题。在切削操作完成之后，铝合金零部件表面温度会呈现下降的状态，且体积会随之不断缩小，进而导致金属表面拉应力的形成，此时里层亦会残留一定的拉应力，进而导致铝合金零部件出现变形的问题。

1.2.3切削热

在刀具操作的影响下，被切削的金属会出现弹性，产生一定塑性变形，这即是切削热主要来源，切屑与前刀面间的摩擦会产生热量。一般而言，影响切削温度的因素主要包括切削用量、刀具几何角度以及刀具磨损三个方面。

切削用量。一方面指切削速度对切削温度的影响，若切削的速度处于持续性上升状态，切削的温度也会随之提升。另一方面，加工时吃刀量的变化也会产生热量，从而改变加工材料区域的散热面积，进而影响切削温度。

刀具几何角度。主要是指刀具前角若不断增大，切削温度也会素质降低，主要原因在于前角的增加，单位切削力有所降低，进而达到降低切削热的效果。若刀具前角在25到30度之间，则不会对切削温度产生不良影响，主要原因在于刀具前角减少，散热体积会降低，主偏角减少，切削宽度增加，切削减小之后，切削温度也会随之降低。此外，若刀尖圆弧半径在0到0.5毫米之间，也不会对切削温度产生不良影响，主要原因在于刀尖弧度半径增加，塑性变形增大，刀具散热效果被改善，热量传出量增加，两者间的平衡，保障了切削温度的稳定性。

刀具磨损，当刀具磨损值达到特定范围时，将会对切削的温度产生影响，切削速度越快，刀具磨损越加剧，所产生的影响会更大。

二、铝合金材料机械的加工工艺设计

（一）粗加工

在铝合金材料的加工过程中，一般侧重于从提升铝合金材料可靠性和稳定性的角度出发，对基准进行准确把控。由于铝合金材料加工时对加工的效率和精度的精准控制具有较高的难度，因此，在优化铝合金材料加工的工程中，设计人员应当强化对铝合金材料特点的把控，针对于粗加工阶段，以保障铝合金材料的材料基本性能与加工精度和尺寸为出发点，选用适应性更高的加工工艺。若零件存在特殊形状要求，设计人员应当综合冷却润滑、刀具吃刀量以及加工进给量等方面的考量，在保证被加工材料力学性能的同时改善加工区域积热情况、保障加工进度。

（二）精加工

在铝合金材料的加工过程中，设计人员应当对被加工零件的实际预加工情况进行把控，若材料已经经过粗加工处理，可以适当减少精加工工作量，通过选用高精度加工的方式，提升零件加工精精度。此外，精加工时产生的切削热会对加工误差产生不利影响，尤其是铝合金材料熔点较低，高温状态下极易发生变形。设计人员在优化精加工工艺的过程中，应当强化对加工过程温度的把控，从而降低切削误差问题发生的可能性，进而达到保证加工零件外形尺寸和精度的目标

（三）冷热处理

在铝合金材料加工的过程中，热处理需要借助再结晶退火和人工时效等方面进行处理。若被加工零件较为简单，加工流程为：先粗加工，再热处理，最后精加工。若需要加工的零件较为复杂，加工流程为：先粗加工、热处理半精加工，之后再进行热处理，最后精加工。在优化铝合金材料加工工艺的过程中，设计人员应当对零件所需的力学性能进行分析，并以此为依据对加工工艺进行选择与设计。若铝合金材料对加工进度和受力情况有较高的要求，则应当先实施精加工，之后再进行热处理，降低零部件加工完成后由于残留应力导致的局部集中，提升零部件整体力学性能。同时，借助冷处理还能有效改善铝合金材料内部原子间组织结构，达到提高尺寸稳定性的目标。

（四）加工刀具

铝合金材料具有熔点较低、导热系数较高的特点，在切削的过程中易产生和传导较多热量，在切削过程中，会出现材料温度快速提高的现象。由此，在优化铝合金材料加工工艺的过程中，设计人员应当强化对刀具设计与选择的把控，降低刀具表面的粗糙性，降低切削力。此外，在铝合金材料加工的过程中，应当避免使用以氧化铝基为主要材料的陶瓷刀具，主要原因在于被加工的铝合金材料会因为受热氧化而生成氧化铝，从而与刀具材料出现一致性特征，同性质的材料接触会出现相互吸引的情况，会导致切削摩擦力的增加，导致刀具磨损加剧，被加工材料表面精度以及整体加工精度失控。对此，在刀具选择方面，设计人员应当以加工需求和铝合金材料特点为出发点。

结束语：

综上所述，铝合金材料在加工过程中易受到多种因素影响，设计人员在优化选择加工工艺的过程中，应以铝合金材料基本力学化学热力学性质为出发点，优化粗加工、精加工、冷热处理、加工刀具选择等几方面，改善铝合金材料加工工艺，提升加工工艺的科学性与合理性，在优化加工中铝合金材料损耗率的同时为被加工零件的力学性能、零件外形尺寸和精度提供更有效的基础保障。

参考文献：

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