控制薄壁壳体铝合金材料变形车削工艺
2013-5-5 来源：西安北方光电防务有限 作者：张利军
目前，铝合金薄壁壳体零件的加工变形是机械制造业棘手的问题，本文通过壳体零件的加工总结出一套加工方法，通过实践证明该方法有效地解决了壳体薄壁零件加工变形的问题。
1. 工艺分析
如附图所示，该零件材料为7A04-T6，零件外形为曲线椭圆形，此壳体零件的加工难度是如何保证零件的加工尺寸精度及形位公差。
影响薄壁壳体变形的因素很多，主要体现在以下几方面：
（1）在主切削力的挤压作用下及牵引导致零件产生变形。
（2）零件刚性差，切削过程中产生振动和变形。
（3）从零件结构图中看出壳体壁薄2mm，每一次切削由于应力释放，造成零件变形。
（4）零件定位压紧面小，装夹时在径向力作用下，使零件产生弹性变形。
（5）超硬铝材料中铝元素易与于空气中的氢起化学作用，使零件表面被腐蚀产生细针状气孔，使工件变形。
2. 解决方案
通过以上分析，造成薄壁壳体零件加工变形的主要因素是切削振动、切削力、加工应力及夹紧力，因此通过以下方法有效地减小变形。
（1）合理的选择加工刀具控制变形。刀钝会使零件主切削抗力加大，零件轴向压力加大，造成零件变形。刀具切削刃太锋利，虽说有利于切削，但易加速刀具磨损，将零件拉向切削力的反方向，同样使零件变形。经实践粗加工时：刀具选用R形断屑槽，前角γo＝20°～25° ，后角αo＝6°～10° ；主偏角κr＝91° ～93° ；负偏角κ'
r＝6° ～8° ；主要是减小刀具摩擦及振动。精加工时：前角γo＝25°～30° ，后角ao＝10°～12° ；主偏角κr＝45°～90° ，负偏角κ'
r＝10°～15° ；主要是减小径向切削力，避免振动，并且加宽了主切削刃，从而减小了单位长度上的负荷，刀尖角大，散热快。
刃倾角λs＝5°～10° ，粗加工取小值，精加工取大值，用来弥补法向前角大而引起刀刃强度差的缺陷。刀具切削刃要求磨的锋利，刀面表面粗糙度值要小，提高零件表面加工质量。加工时将刀具通过刀架使切削刃沿轴向装夹，通过薄壁壳体的加工此径向切削力最小，工件不易变形。
（2）合理的选择切削参数控制变形。粗加工时进给量为0.5～0.3mm/r；切削深度0.5～1mm；切削速度100m/min。主要是去除壳体零件大的余量，加快零件的散热性，加速切削应力的释放。精加工时进给量为：0.05～0.07mm/r，切削深度0.05～0.075mm，切削速度65m/min。主要是壳体零件加工时避开了与机床的共振，避免了切削时振动引起的变形。高速度、小进给量，提高工件的表面加工质量，同时减小径向切削力，减小应力变形。
（3）增加半精加工工序控制变形。随着零件加工余量的逐渐去除，零件加工应力逐渐释放，为了保证零件加工尺寸精度及形位公差要求，增加一道半精加工工序，加工余量控制在0.5～1mm左右，给精加工留余量0.3～0.5mm，主要是将壳体零件曲线椭圆形状在粗加工基础上，进行一次半精加工使加工应力进一步得到释放，为后续精加工打下基础。
（4）在精加工前安排一道基准精加工，消除工件定位的椭圆度，保证定位尺寸的一致性及精度，使壳体零件与夹具定位间隙最小，达到保证形位公差要求的目的。
（5）多次热处理工序消除加工应力。在壳体零件粗加工前安排一次淬火工序，提高零件的强度，改善切削性能；粗加工后，进行一次热处理时效工序，释放粗加工应力；半精加工后，再进行一次工序间的热处理时效工序，进一步消除工件加工中的残余应力；完工后进行一次稳定尺寸的热处理工序。通过多次的热处理工序，将使壳体零件加工应力得到完全释放，从而达到了消除加工应力稳定零件加工尺寸的目的。
（6）采用轴向夹紧力方式控制变形。从壳体零件图看出，零件基准为φ 110+0.034+0.012 mm孔及端面，外圆及小端外圆φ 94－0－0.035mm和φ 94+0.035+0 mm孔及端面对基准都有形位公差要求，因此该尺寸的加工必须要通过一次加工，才能保证零件的形位公差要求。
夹具设计要考虑既要保证零件不夹变形，又要保证零件加工的尺寸精度及形位公差要求。夹具设计时以φ 110+0.034+0.012 孔及端面定位，采用双压板夹紧形式，先压紧台阶圆车端面及φ 94+0.035+0 mm孔，停机，零件不动换压板压紧端面，将零件外形加工到尺寸，保证零件的尺寸精度及形位公差要求。
（7）为了保证壳体零件在加工过程中被腐蚀，工件在加工过程中，不采用水基切削液，为了减小摩擦，采用煤油或积架JAEGER 195无氯切削液，在超硬铝材料表面生成一层保护氧化膜，阻止超硬铝材料与空气中的气体发生化学反应被腐蚀。
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