铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法

铝合金薄壁件加工变形控制工艺方法研究发布时间：2021-12-29T01:21:12.823Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：刘世超[导读] 本文探讨铝合金薄壁件在铣削加工过程中产生加工变形的原因，并提出相应的解决办法来控制变形，为技术人员提供一些参考。

中航西安飞机工业集团股份有限公司制造工程部西安 710089[摘要] 随着现代航空制造工业的迅速发展，铝合金薄壁件在航空飞机上的使用日趋广泛，但铝合金薄壁件在加工时极易因为受到的切削力、热、夹紧力等因素的影响而产生变形，变形的影响因素是复杂的，这在机械加工行业是一个比较棘手的问题，因此减小薄壁件的加工变形一直是国内外学者研究的热点。

本文探讨铝合金薄壁件在铣削加工过程中产生加工变形的原因，并提出相应的解决办法来控制变形，为技术人员提供一些参考。

[关键词] 薄壁件残余应力工艺参数装夹方式变形控制1 薄壁件加工产生变形的原因分析航空铝合金薄壁件的加工变形问题，涉及力学、材料成形加工、切削加工和机械制造多个学科领域，是航空产品加工工艺中的瓶颈之一。

航空薄壁件的加工变形产生的原因很多，与毛坯的材料、零件的几何形状及刚度、以及加工工艺方法和加工设备等均有关系。

经研究分析，引起薄壁件加工变形的主要因素有以下几个方面：零件材料力学特性与结构特点的影响:航空铝合金的弹性模量约为 70 一 73MPa，约为钢的 1/3 左右。

由于其弹性模量小，屈强比大，在切削过程中极易产生回弹，特别是大型薄壁结构件，“让刀”和回弹现象更为严重；另外，航空薄壁件的结构也非常复杂，通常几何结构不对称，薄壁部位多，自身刚度差等，也是产生较大变形的内在因素。

切削过程中刀具与零件间力-热耦合作用的影响:零件加工过程中材料的去除过程伴随着切削力、热的产生；一方面零件与刀具的接触部分发生弹塑性变形，材料不断被刀具切除；另一方面工件产生回弹效应，发生“让刀”现象，特别是对于薄壁部分，“让刀”对加工精度的影响不容忽视。

铝合金零件加工变形原因分析及工艺控制对策探讨摘要：基于实际加工需求，如何控制加工变形量，保证产品和加工质量，成为当前发展当中需要深入思考的重要问题。

在实际的加工当中，合理控制加工变形的工艺措施，重点控制力、温度，也就是控制加工过程当中在工件上的力，比如应力、温度等。

关键词：铝合金零件加工；变形原因；工艺控制1铝合金零件的特征由于铝合金零件具备重量轻、结构紧凑等特征，因此广泛运用在各个领域内。

文中以薄壁铝合金零件进行分析，其中铝合金零件由于刚性差、强度低等特征，在实际的加工当中工艺性能非常差，尤其是切削加工当中，很容易产生翘曲变形的情况。

在传统的铣削加工当中，存在热变形力、应力变形情况，加工的时候铝合金零件会发生弹性形变导致扭曲，这样生产出来的零件无法达到设计要求，产品合格率低。

但是在具体的加工过程当中，如果选择合理的刀具、夹具、切削液、铣削方式，合理控制热量、应力变形等，能够取得更好的效果，也能够保证成品合格率。

2产生变形的原因铝合金零件产生变形的原因比较多，经过对实验分析，发现机械加工过程当中产生的原因非常多，比如物理性能影响、零件结构形状、工件装夹、切削过程参数等等这些因素，都会对铝合金零件的性能产生影响，直接导致机械变形。

从根本上来看，存在变形的原因有：（1）应力的综合作用：在加工零件的过程中，切削会改变应力平衡性，导致内部组织状态受到影响。

在加工铝合金的过程中，需要利用刀具切削，沿着切削方向铝合金材料会产生变形问题，同时也会牵制相邻里层，在铝合金材料表面产生残余拉应力，在里层会产能参与压应力，在综合作用的影响下，铝合金零件因此出现变形问题。

（2）残余拉应力：在切削工作中，因为摩擦阻力的影响，引发塑性变形问题，在铝合金表面产生较多的热量，导致材料因此膨胀，如果里层温度比较低，表层发生膨胀问题之后，会阻挡里层材料，导致表层金属产生热应力。

如果热应力超过了铝合金材料屈服极限，将会引发压缩塑性变形问题。

铝件加工变形怎么办？工艺措施和操作技巧详解铝件零件加工变形的原因很多，与材质、零件形状、生产条件等都有关系。

主要有以下几个方面：毛坯内应力引起的变形，切削力、切削热引起的变形，夹紧力引起的变形。

一、减少加工变形的工艺措施1降低毛坯内应力采用自然或人工时效以及振动处理，均可部分消除毛坯的内应力。

预先加工也是行之有效的工艺方法。

对肥头大耳的毛坯，由于余量大，故加工后变形也大。

若预先加工掉毛坯的多余部分，缩小各部分的余量，不仅可以减少以后工序的加工变形，而且预先加工后放置一段时间，还可以释放一部分内应力。

2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。

①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。

②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。

③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。

④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。

①减少铣刀齿数，加大容屑空间。

由于铝件材料塑性较大，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。

②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。

③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。

铝合金薄壁件加工变形控制技术浅析摘要：随着工业制造业的不断发展，在工业制造之中逐渐开始使用铝合金材料，并且其使用范围越来越广泛，但是其加工技术还需要进一步的控制。

在进行铝合金材料加工的过程中，应该注意对于其加工变形的控制。

基于此，本文在分析铝合金材料加工变形影响因素与特点的基础上，通过先进的加工技术、冷处理技术、热处理技术、合理的装夹方式、合理利用切削刀具，从而对于铝合金硬铝板料变形的处理对于其加工变形控制进行深入的探讨，以便在后续的工序操作中，能够轻松的应对，满足整体的质量要求。

关键词：铝合金薄壁；加工变形；控制；技术引言铝合金在实际加工过程中存在易变型的问题，特别是加工余量大，可装夹面较小的情况下，通过对中单位用量较大的铝合金零件进行分析，详细介绍零件加工工艺流程的制定，包括零件的加工方法，加工中遇到的问题及如何解决问题，最后成功制定出合理工艺流程，保证质量的同时也提高了生产效率。

1.铝合金材料加工变形的主要影响因素与特点1.1影响因素针对铝合金材料的加工变形，主要包含机床、刀具、夹具等，也包含了通风条件、温度等因素。

其中，钢度会受到机床定位精度的影响。

在进行工件装夹中，如果夹紧点选择错误，就会影响夹紧力的作用；如果夹具和工件接触面相对较小，也会对其度带来影响，如果其本身的钢度无法满足要求，在实施装夹力的时候就会引发变形。

另外，刀具对于铝合金的加工变形带来的影响主要是针对材料、钢性以及耐用度等方面。

不过在所有因素之中，最为明显的还是切削参数的影响。

在实施高速切削时，会带走大部分的切削热。

当进一步减少工件热变形，并且切削参数不够合理的时候，就很容易出现加工零件震动的问题，进而降低加工精度，引发加工变形。

在进行铝合金材料加工变形因素分析中，其主要包含：第一，温度以及挤压速度不够合理。

在相对较长时间内，铝合金材料加工都是选择的传统加工模式，这样会影响对于加工温度的实际把握；第二，在加工过程中，对于材料位置的选择不够合理。

0引言薄壁零件在设备中的应用都是在核心部位，其质量以及性能的会关系到设备的应用效果。

再加上薄壁零件在加工制作的过程中需要对其外壁进行不断的打磨，以使其达到薄壁的要求，但这就导致了资源的浪费，这与我们现代社会提倡的“绿色生产”相违背。

为了相应这一号召，就必须对生产的工艺以及过程进行分析，探究新的技术，实现薄壁零件的最优生产。

1薄壁零件的介绍薄壁零件顾名思义就是零件的壁厚较薄，一般为轮廓尺寸的二十分之一。

最重要的是其有强度高、承载性强等优点，受到了很多行业的追捧。

在航天产品以及汽车制造工业中，其具体的特点有以下几点，一是结构复杂，在很多的大型产品中应用，为了减轻产品整体的重量，会增加很多的复杂设计，因此故意忽略了装夹定位，导致零件结构复杂。

二是壁薄，尤其是对于一些精密产品来说，需要零件的壁更薄，并且不适合集中粗放生产，这就相应的增加了零件的生产时间，进而使得提高了制造成本。

三是精准度高，薄壁零件要适应设备的制造的需求，就必须提高自身的精确度，为此从毛坯加工到成品需要多道工序，而且在加工的过程中极易出现变形的情况，甚至会导致零件报废。

这增加了制造企业的经济负担，延误了买家的使用也对零件生产企业的形象造成了破坏。

四是制作材料多，为了使用不同产品生产的需求，薄壁零件在加工的过程中会应用到多种材料，例如塑料、钛合金等等，不同的原材料对工业的需求也有差别。

2薄壁零件的加工变形原因2.1残余应力因素薄壁零件中的残余应力是有两个方面组成的，一部分是毛坯残余应力，另一部分是加工过程中的残余应力。

例如在钛合金加工的过程中需要加热使得材料软化，导致了残余应力的产生，应力的释放会造成零件的变形，进而影响零件的质量。

2.2工件装夹因素为了应对加工的过程中零件出现的位移现象，技术人员会利用工件装夹对零件进行固定。

但是工件装夹产生的力也会对零件生产的精准度造成一定的影响。

因此，技术人员在设定工件装夹是要将其松紧调整到最优的模式。

减少薄壁零件产生变形的主要措施薄壁零件在现代制造中可是常客，但说到它们的变形问题，那可真是让人头疼得像一颗老鼠在心里跑。

今天就聊聊，怎么才能有效减少这些变形，让咱的薄壁零件在工厂里乖乖待着，不再像个调皮的小孩。

1. 材料选择很重要1.1 材料性质说到材料，真是不能掉以轻心。

薄壁零件的材料就像是打比赛的运动员，得选对了，才能发挥出最佳状态。

通常，咱们得选那些强度高、韧性好的材料，比如某些铝合金或者高强度钢。

这样一来，就能减少在加工和使用过程中出现的变形情况。

毕竟，强者自有强者的道理嘛。

1.2 材料处理除了选择好材料，后续的处理工艺也不能马虎。

热处理、冷加工这些小细节，都是决定材料最终性能的大功臣。

比如，适当的热处理可以让材料内部的晶体结构更加稳定，变形的几率自然就降低了。

就像咱们吃饭一样，讲究的不是光有好菜，还得看怎么烹饪，才能把味道调到最佳。

2. 设计阶段得用心2.1 设计优化设计环节可是重中之重，咱们可不能草草了事。

薄壁零件的结构设计得合理，才能避免后续的变形问题。

要尽量让受力均匀，避免局部应力集中。

要是设计得不够合理，变形就跟过年一样，年年有余，没完没了。

2.2 加工余量加工余量也得考虑清楚，太少了会让零件受力不均，太多了又浪费材料。

就像做菜，要有点盐，但不能放太多，否则味道就变了。

我们可以在设计时就合理规划一下加工余量，这样才能做到既经济又实用。

3. 加工过程的细节把控3.1 加工工艺咱们进入加工环节，得注意工艺参数的设置。

比如，刀具的选择、切削速度、进给率等，这些都是影响零件加工质量的重要因素。

选择合适的切削工具，不仅可以提高加工效率，还能有效减少变形。

就像选对了鞋子，走路也能轻松许多。

3.2 夹具的使用夹具的使用更是不能忽视！好的夹具能牢牢把住零件，让它在加工过程中不乱跑。

就像是给小孩系好安全带，才能确保他乖乖待在座位上。

如果夹具设计得不合理，零件就容易在加工中发生变形，最后吃亏的可是咱自己。

铝合金零件加工变形的解决方法摘要:本文主要介绍了铝合金机械的加工变形原因,提出了解决铝合金零件机械加工变形问题的基本方法。

以作者的工作及实践经验,介绍了这些方法在实际机械加工中的应用。

关键字:铝合金型材;加工时变形;残余应力;切削热;切削用量;加工夹具的变形和回弹0 引言在机械加工中,影响铝合金零件变形主要有以下三个因素:毛坯残余应力的释放、由切削热与切削力所引起的变形、对工件的装夹变形和回弹。

要解决铝合金的加工变形问题,就必须针对以上各个因素制定相应的加工方法,并安排合适的加工工艺方案。

1 铝合金加工变形的解决方法1.1铝合金加工变形的解决方法1.11利用最先进的加工技术解决了铝合金的加工变形新型的机械加工方法,与传统的机械加工方法相比较而言,更能高效的处理零件加工过程中的切削力、磨削热,以及刀具的装夹变形和回弹等的问题。

下面列出了一些先进的加工方法。

①高速切割技术。

②电流变(ER)技术。

③激光制造技术。

④水射流制造技术。

⑤超音波生产技术。

⑥离子束生产技术。

⑦等离子生产技术。

⑧线切割生产技术。

1.12使用金属切削工具处理铝合金的加工过程与黑色金属相比较,铝合金材料在切削过程中产生的切削力相对较小,因此可以采用较大的切削速度,但很容易粘上刀、形成积屑瘤,由于铝合金材料的导热系数较高,在切削时由切屑和零件导出的热量都较多,且切削区温度也较低,所以虽然刀具耐用度较高,但由于零件本身的温升也相对较快,很容易引起变形的产生。

因此,通过选用合适的刀具材料,在原刀具材料的基础上选用合适的刀具角度,并提高刀具表面的粗糙度的要求,对降低切削力和切削热十分有效。

1.13利用热处理解决相合金的加工变形解决铝合金型材加工应力问题的热处理方式,一般为去内部应力退火、再结品退火、均匀性退火及时效。

1.14利用冷处理解决铝合金的加工变形解决铝合金加热变形问题的冷处理技术,只要有振动时效和人工冷校形。

由于冷处理工艺节能、制造周期复、制造代价小,所以在制造流程中使用最广泛。

薄壁零件加工中存在的问题在薄壁零件加工中，可能会面临一些常见的问题。

解决这些问题需要仔细分析每个步骤，并采取相应的措施。

以下是一些可能存在的问题和解决建议：1.变形问题：原因：薄壁零件在加工中容易发生变形，主要是由于切削力引起的材料内应力释放。

解决方案：选择合适的切削参数，采用适当的刀具，减小切削力。

可以考虑采用工艺补偿或者后续的校正工序。

2.毛刺和切屑：原因：薄壁零件的切屑很容易残留在切削区域，形成毛刺。

解决方案：采用适当的切削速度和进给速度，选择合适的切削刃具。

可以考虑添加冷却液以减少热影响，避免切削区域积聚切屑。

3.表面质量问题：原因：薄壁零件的加工可能导致表面粗糙度增加或表面平整度降低。

解决方案：使用高精度的加工设备和刀具。

确保刀具磨损良好，避免振动和共振问题。

定期检查和维护设备。

4.工艺稳定性问题：原因：薄壁零件的加工可能受到环境温度、湿度等因素的影响，导致工艺不稳定。

解决方案：控制加工环境的温湿度，采用合适的工艺参数。

在加工之前，对材料和设备进行预热，确保加工过程中的稳定性。

5.材料选择问题：原因：不同的材料对于薄壁零件加工的难度不同。

解决方案：在设计阶段选择适合加工的材料，考虑材料的强度、塑性等特性。

必要时，进行材料热处理以提高加工性能。

6.加工成本问题：原因：薄壁零件的加工可能涉及到高难度的工艺，导致加工成本增加。

解决方案：寻找合适的工艺和设备，优化刀具选择和切削参数，以降低加工成本。

考虑批量生产以提高效益。

通过综合考虑材料、工艺、设备和人员等因素，可以有效解决薄壁零件加工中可能出现的问题，提高加工质量和效率。

铝合金薄壁件加工变形控制一、引言铝合金薄壁件广泛应用于航空、汽车、电子等领域，因其具有轻量化、强度高、耐腐蚀等优点。

然而，在加工过程中，铝合金薄壁件容易发生变形，影响其精度和性能。

因此，如何控制铝合金薄壁件加工变形成为研究的重要方向。

二、铝合金薄壁件加工变形原因1.材料本身的性质：铝合金具有低的弹性模量和高的热膨胀系数，容易受到温度变化和应力影响而发生变形。

2.加工方式：冲压、拉伸等加工方式会产生内部应力，导致铝合金薄壁件发生弯曲或扭曲。

3.模具设计：模具的设计不当会使得材料分布不均匀，导致局部过厚或过薄区域出现，从而引起变形。

三、铝合金薄壁件加工变形控制方法1.材料选择：选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。

2.加工方式优化：采用多工序加工、减小冲压力度、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力，从而减少变形。

3.模具设计优化：合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。

四、铝合金薄壁件加工变形控制实践1.材料选择：选择抗拉强度高的6061-T6铝合金材料进行试验。

结果表明，该材料相较于普通铝合金材料能够有效降低变形。

2.加工方式优化：采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式进行试验。

结果表明，这些方法能够有效减少内部应力和变形。

3.模具设计优化：采用增加支撑点、增加模具刚度等方式进行试验。

结果表明，这些方法能够有效避免过度变形。

五、结论通过以上实践和研究，我们可以得出以下结论：1.选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。

2.采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力和变形。

3.合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。

六、展望随着科技的不断进步，铝合金薄壁件加工变形控制的研究将会更加深入。

我们可以通过模拟分析、人工智能等方式来预测和控制铝合金薄壁件的变形，从而进一步提高其精度和性能。