薄壁鋁合金在機械加工中的應用
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1零件產(chǎn)生變形的原因
1.1切削力過大引起變形
在機械加工過程中（除特種工藝外），采用刀具與零件接觸，通過刀具選用較硬的材質(zhì)，且較為鋒利，對零件進行切削。在整個機加過程中，產(chǎn)生較大切削力，使得零件受到擠壓，導致零件變形。
1.2切削熱引起零件變形
機械加工過程中由于刀具與工件進行摩擦，必然產(chǎn)生大量的切削熱，切削熱使得零件表面溫度升高，由于零件的熱脹冷縮，導致零件在瞬間膨脹，導致形變，然而此類形變并不是完全的彈性形變，因而切削熱引起零件變形。
1.3殘余應力導致零件變形
在機械加工過程中，由于切削力及切削熱等因素共同作用于零件，使得零件內(nèi)部的應力平衡被打破，導致零件在加工過后必然要回復應力平衡狀態(tài)而釋放殘余應力，從而導致零件變形。
1.4其它變形因素
在機械加工規(guī)程中，還有一些其它的因素會影響零件變形，例如：零件的裝夾方式不合理導致零件變形；加工過程中的溫度變化引起的零件變形等等。總之，零件在機加過程中的變形不可避免。
2減小零件變形的方法
針對上述零件變形產(chǎn)生原因，我們可以將已知零件變形的因素進行人為控制，以達到減小變形量的目的。由于零件結(jié)構(gòu)及材質(zhì)是不允許機加隨意改變的，故只能通過減小切削力，減少切削熱來控制零件變形。眾所周知，切削力F與切削用量三要素的滿足如下經(jīng)驗公式：F=Vcx×fy×apz(x<y<z)其中：Vc-切削速度；f-進給；ap-切深x、y、z為系數(shù)且z遠大于x、y因此，切深ap是影響切削力的重要因素，故減小切削力必然需要減小切深ap。切削力的大小還與所選擇的刀具有關(guān)，選擇大前角，鋒利刀片加工最為適宜。同樣，切削熱T同樣滿足如下經(jīng)驗公式：T＝Vcx×fy×apz(x>y>z)其中：Vc-切削速度；f-進給；ap-切深x、y、z為系數(shù)且x遠大于y、z由上公式看出切削速度是決定切削熱的主要因素，但是如果切削速度減慢，可能導致積屑瘤的產(chǎn)生，在粗加工時，積屑瘤可為我們所用，然而在精加工時，積屑瘤卻成為加工瓶頸。降低切削熱所帶來的危害除了降低切削速度外還有其它方法，即大流量澆注冷卻液。冷卻液不但可以帶走熱量，還可以起到潤滑的作用，減少摩擦產(chǎn)生的熱量，故可以降低熱變形。
總而言之，變形雖不可避免，卻可以人為控制，以減小變形。
54G054--第四級低壓壓氣機機匣系大直徑薄壁鋁合金零件。其最大直徑尺寸為Φ1118.108mm，其中壁厚為2.413mm，材質(zhì)為AMS4312（鋁合金）。
3.1加工難點確立
加工此零件的難點就在于該零件加工后的變形。
3.2加工過程中的變形及解決方法
該零件在機械加工工藝方面主要分為三道車工序和一道銑工序。
No.5修基準。修基準的目的是為了解決由于定位面不平而造成的裝夾變形。所謂裝夾變形即在零件與夾具配合時由于配合平面基準高低不平導致壓板壓零件時將空點壓實，加工過后，零件回彈，造成變形。減小該類變形的常見方法一般有兩種，即1、打表壓壓板，在壓壓板時表針晃動就用塞尺零件定位面墊平，使得壓壓板后百分表不再跳動。2、打表壓壓板，在壓壓板時發(fā)現(xiàn)表針晃動就可以不用壓緊，只壓實點。經(jīng)實踐證明，每個零件壓實三個實點即可確定零件不串動。以上兩種方法比較起來建議采用第二種，由于第一種在墊塞尺時比較費時費力，且容易多次返工仍未滿足要求，因而失去耐心，導致操作者隨意壓緊，加工零件，已造成裝夾變形。
No.10精車小端輪廓。加工該道工序的難點在于切削路線的選擇、刀具選擇以及切削參數(shù)的選擇。在切削路線方面，若選用單面精車到位后再進行另一側(cè)加工的方式很有可能造成切削力變形及殘余應力變形。本零件采用兩邊交替車削留余量的工藝路線，并且在單邊留0.50mm余量時松開壓板，釋放應力后重新采用打表壓壓板的方式夾緊，使零件近乎處于自由狀態(tài)下進行精加工。在刀具選擇方面，應盡量采用大前角刀具，以減小切削力。在切削參數(shù)方面，一般采取小切深，ap一般在0.30mm-0.50mm以減小切削力。在切削過程中，開冷卻液不僅可以帶走熱量，減小熱變形，還可以起到良好的潤滑潤滑作用。
No.15精車大端輪廓。本工序加工難點在于零件找正，由于上工序加工變形，導致該工序找正基準時圓跳動在0.15mm-0.30mm，端跳在0.10mm左右。我們采用對點找正在0.1mm以內(nèi)，且有超過0.8mm以上的余量下，打表壓壓板的方式，盡量使零件處于與自由狀態(tài)相同的狀態(tài)進行加工。最終保證零件合格。
No.25銑花邊及槽。本工序是該零件產(chǎn)生變形最大的工序，且是其它因素影響零件狀態(tài)最大的工序。首先，銑加工的切削力較大，產(chǎn)生較大變形；其次，銑加工將產(chǎn)生大量的切削熱，容易引起熱變形；再次，由于鋁合金屬于塑性材料，容易粘刀，使得表面金屬金相組織發(fā)生變化，打破金屬內(nèi)部應力平衡，造成變形，且由于粘刀還會造成表面粗糙度不好。按照上面提到的經(jīng)驗公式，我們對加工方式進行調(diào)整，改變了傳統(tǒng)的加工觀念。采用小切深大進給的銑削方式即減小ap增大轉(zhuǎn)數(shù)S（Vc）及進給量f，根據(jù)經(jīng)驗公式，切削力F得到較大幅度的減小，進而降低零件由于切削力引起的變形。但是，根據(jù)切削熱經(jīng)驗公式，這種銑削方式將大大增加切削熱的產(chǎn)生，容易引起熱變形。根據(jù)此種情況我們采用大流量冷卻液澆注方式進行冷卻，這樣切削熱產(chǎn)生的熱量容易被冷卻液所帶走，大大降低了切削熱對零件變形所產(chǎn)生的影響。
通過上述各工序的問題解決，最終得到合格零件，完全使零件變形控制在有效公差范圍內(nèi)，成功交付零件。
4結(jié)論
通過對54G054的實際加工，使我們累積了大量的關(guān)于大直徑薄壁鋁合金零件加工經(jīng)驗，有效控制了鋁合金零件在加工中的變形給加工帶來的困難，從而奠定了加工大直徑薄壁鋁合金零件的基礎，對今后的生產(chǎn)有所幫助。
作者：紀鑫單位：沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司
