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【兆恒機械】如何防止鋁合金零件加工變形

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  • 添加(jia)日期:2020年12月25日

在(zai)飛機(ji)結構中(zhong),為了(le)減輕(qing)重量,采用了(le)大量的(de)鋁合金(jin)材(cai)料(liao)的(de)薄壁零(ling)件(jian),由于鋁合金(jin)零(ling)件(jian)材(cai)料(liao)熱膨脹(zhang)系數較大,薄壁加(jia)工過程中(zhong)很(hen)容(rong)易變形(xing)。尤其是(shi)在(zai)采用自由鍛毛坯時(shi),加(jia)工余量大,變形(xing)問題更(geng)為突出(chu)。

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一、加工變形的原因


鋁合金零件加工變形的原因很多,與材質、零件形狀、生產條件、切削液的性能等都有關系。主要有以下幾個方面:毛坯內應力引起的變形,切削力、切削熱引起的變形,夾緊力引起的變形。


二、減少加工變形的工藝措施

1、降低毛坯的內應力


采用自然或人工(gong)時效以及振動處理,均可部(bu)分(fen)(fen)消除(chu)毛坯的(de)(de)內應力。預先加工(gong)也是行之有效的(de)(de)工(gong)藝方法。對肥頭(tou)大(da)耳的(de)(de)毛坯,由于(yu)余量(liang)大(da),故加工(gong)后(hou)(hou)變形(xing)也大(da)。若預先加工(gong)掉毛坯的(de)(de)多余部(bu)分(fen)(fen),縮小各部(bu)分(fen)(fen)的(de)(de)余量(liang),不僅可以減少以后(hou)(hou)工(gong)序(xu)的(de)(de)加工(gong)變形(xing),而且預先加工(gong)后(hou)(hou)放(fang)置一段時間,還可以釋放(fang)一部(bu)分(fen)(fen)內應力。

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2、改善刀具的切削能力



刀具的材料、幾(ji)何參數對切削(xue)力、切削(xue)熱有重(zhong)要的影響(xiang),正確選擇刀具,對減少(shao)零件加(jia)工變(bian)形至關(guan)重(zhong)要。



①合理選擇刀具幾何參數

前(qian)角:在保持刀刃強度的條件下,前角適當選擇大一些,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,進而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。

后角:后角大小對后刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時,由于進給量大,切削負荷重,發熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,后角應選擇小一些。精銑時,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,后角應選擇大一些。

螺旋(xuan)角:為使銑削平穩,降低銑削力,螺旋角應盡可能選擇大一些。

主(zhu)偏角(jiao):適當減小主偏角可以改善散熱條件,使加工區的平均溫度下降。


②改善刀具結構

減少銑刀齒數,加大(da)容屑(xie)空(kong)間(jian)。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該較大、銑刀齒數較少為好。例如,φ20mm以下的銑刀采用兩個刀齒;φ30-φ60mm的銑刀采用三個刀齒較好,以避免因切屑堵塞而引起薄壁鋁合金零件的變形。

精(jing)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,應該用細油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下,以消除刃磨刀齒時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。

嚴格控(kong)制(zhi)刀具(ju)的(de)磨損標(biao)準: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,刀具磨損標準不應該大于0.2mm,否則容易產生積屑瘤。切削時,工件的溫度一般不要超過100℃,以防止變形。


③改善工件的夾裝方法

對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:

對于薄壁襯套類零件,如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊,加工后一旦松開,工件必然發生變形。此時,應該利用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內孔定位,自制一個帶螺紋的穿心軸,套入零件的內孔,其上用一個蓋板壓緊端面再用螺帽背緊。加工外圓時就可避免夾緊變形,從而得到滿意的加工精度。

對薄壁薄板工件進行加工時,最好選用真空吸盤,以獲得分布均勻的夾緊力,再以較小的切削用量來加工,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,可在工件內部填充介質,以減少裝夾和切削過程中工件達變形。例如,向工件內灌入含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。


④合理安排工序
高(gao)速(su)切削時(shi),由于(yu)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)余(yu)量大(da)以(yi)及斷續切削,因(yin)此銑削過程(cheng)往(wang)往(wang)產(chan)生振動,影響加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和(he)表面(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)(du)。所以(yi),數控(kong)高(gao)速(su)切削加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝過程(cheng)一(yi)般(ban)可(ke)分為;粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)-半(ban)精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)-清角加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)-精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)等工(gong)(gong)(gong)序。對(dui)于(yu)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)要(yao)求(qiu)高(gao)的(de)零(ling)件(jian),有時(shi)需要(yao)進行二次半(ban)精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong),然后(hou)再進行精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)之后(hou),零(ling)件(jian)可(ke)以(yi)自然冷卻(que),消除粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)產(chan)生的(de)內應力,減小變(bian)(bian)形。粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)之后(hou)留下的(de)余(yu)量應大(da)于(yu)變(bian)(bian)形量,一(yi)般(ban)為1-2mm。精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)時(shi),零(ling)件(jian)精(jing)(jing)(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)表面(mian)要(yao)保(bao)持(chi)均勻(yun)的(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)余(yu)量,一(yi)般(ban)以(yi)0.2-0.5mm為宜(yi),使刀具在加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中(zhong)處于(yu)平(ping)穩的(de)狀態,可(ke)以(yi)大(da)大(da)減少(shao)切削變(bian)(bian)形,獲得(de)良(liang)好(hao)的(de)表面(mian)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)質量,保(bao)證(zheng)產(chan)品的(de)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)。

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三、操作技巧



鋁合金材料的零件在加工過程中變形,除了上述的原因之外,在實際操作中,操作方法也是非常重要的。

(1)對(dui)于加(jia)工余量(liang)大(da)的零件(jian),為使其在(zai)加(jia)工過程中有(you)比(bi)較好的散(san)熱條件(jian),避免熱量(liang)集(ji)中,加工時,宜采用對稱加工。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5mm;若采用反復進刀對稱加工,每一面分兩次加工到最后尺寸,可保證平面度達到0.3mm。

(2)如果板材零件上(shang)有多個(ge)型腔,加工時,不宜采用(yong)一(yi)個(ge)型腔一(yi)個(ge)型腔的次序加工方(fang)法,這樣容易造成零件受力不均勻而產生變形。采用分層多次加工,每一層盡量同時加工到所有的型腔,然后再加工下一個層次,使零件均勻受力,減小變形。

(3)通過改變切(qie)(qie)削(xue)用量來(lai)減少切(qie)(qie)削(xue)力、切(qie)(qie)削(xue)熱。在切削用量的三要素中,背吃刀量對切削力的影響很大。如果加工余量太大,一次走刀的切削力太大,不僅會使零件變形,而且還會影響機床主軸剛性、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量,又會使生產效率大打折扣。不過,在數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,只要相應地增大進給,提高機床的轉速,就可以降低切削力,同時保證加工效率。

(4)走刀順序也(ye)要講(jiang)究。粗加工強調的是提高加工效率,追求單位時間內的切除率,一般可采用逆銑。即以最快的速度、最短的時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。而精加工所強調的是高精度高質量,宜采用順銑。因為順銑時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,同時減輕零件的變形程度。

(5)薄(bo)壁工件在加工時(shi)由于(yu)裝夾產生變(bian)形(xing),即使精(jing)加工也(ye)是(shi)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到最后尺寸之前,把壓緊件松一下,使工件自由恢復到原狀,然后再輕微壓緊,以剛能夾住工件為準(完全憑手感),這樣可以獲得理想的加工效果。總之,夾緊力的作用點最好在支承面上,夾緊力應作用在工件剛性好的方向,在保證工件不松動的前提下,夾緊力越小越好。

(6)在(zai)加(jia)工(gong)帶型腔零件時,加(jia)工(gong)型腔時盡量(liang)不要讓銑刀(dao)像鉆頭似的直接(jie)向下扎入零件,導致銑刀容屑空間不夠,排屑不順暢,造成零件過熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現象。要先用與銑刀同尺寸或大一號的鉆頭鉆下刀孔,再用銑刀銑削。或者,可以用CAM軟件生產螺旋下刀程序。

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四、工件表面變黑



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性和可塑性,但在使用過程中容易變黑,原因為:

(1)工藝(yi)設計不合理。鋁合金壓鑄件在清洗或壓檢后處理不當,為鋁合金壓鑄件發霉變黑創造了條件,加速了霉變的生成。

(2)倉儲管理(li)不到位。將鋁合金壓鑄件存放在倉庫不同的高度,其發霉的狀況也不同。

(3)鋁合金的(de)內部因素。很多鋁合金壓鑄件廠家在壓鑄、機加工工序之后,不做任何清潔處理,或者簡單的用水沖沖,無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以及其他污漬,這些污漬加快了鋁合金壓鑄件長霉點變黑的速度。

(4)鋁合金外(wai)部環境(jing)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霉,這是鋁本身的特性決定的。

(5)選用清洗劑不得當(dang)。選用的清洗劑具有強腐蝕性,造成壓鑄鋁腐蝕氧化。