薄壁铝合金范文

薄壁铝合金范文（精选9篇）

薄壁铝合金 第1篇

关键词：铝合金,工艺优化,保护,变形

1 引言

近年来, 由于铝合金零件具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点, 被广泛的应用于民用航空零件中。大型薄壁铝合金零件结构复杂、自身刚性差、强度弱以及材料膨胀系数大, 零件易发生变形, 且铝合金类零件易腐蚀。成功的控制零件变形, 并做好零件的保护, 才能实现零件的合格交付。本文以某低压压缩机护罩零件为例研究控制大型薄壁铝合金零件的变形, 提高零件的合格率。

2 工艺优化

2.1 刀具及加工参数的选择

尽量选择锋利的刀片, 该类刀具可以减少零件在加工过程中产生的应力, 减少零件因刀具加工而造成的变型。零件选用的包括VBMT160404 R0.4偏刀、VBGT160408 R0.8偏刀、N123H2-0400-R01105 R2.0球刀。刀具VBGT160408, 精加工和粗加工都使用此刀具, 因为粗精加工都会使零件产生应力以致变形, 刀具加工参数为粗加工时转速45 r/min, 进给0.2 mm/r, 每刀切深0.5 mm, 精加工时转速40 r/min, 进给0.2 mm/r, 每刀切深0.2 mm。刀具VBMT160404只在精加工时使用, 刀具加工参数为转速40 r/min, 进给0.2mm/r, 每刀切深0.2mm。刀具N123H2-0400-R0 1105粗加工时转速45r/min, 进给0.1 mm/r, 每刀切深0.5mm, 精加工时转速30r/min, 进给0.1 mm/r, 每刀切深0.2 mm。

2.2 工艺路线及走刀路线的选择。

零件加工工艺路线及走刀路线的编制选择, 对零件控制零件变形, 保证零件质量非常重要。对于变形严重的零件工艺路线中有修基准、粗车、半精车和精车这几道工序, 根据实际情况也可以减少工序。每道工序又要分粗车、半精车、精车工步, 半精车工步根据需要实际需要决定取舍。每个工步都要以均匀祛除余量为主导, 内外型面都要加工, 并且内外型面余量要一致。粗车、半精车、精车工步之间要有应力释放作为间隔, 应力释放前应打表并记录零件的端跳及圆跳的状态数值, 并在起始位置做好标记, 应力释放时也要进行打表并记录零件的端跳及圆跳的状态数值。应力释放时要将压板对称松开。释放1-2个小时后, 重新找正, 找正时要参考比对之前记录的数值, 这样有利于快速找正, 并了解零件的变形量。每道车加工工序结束后也都要进行应力释放, 确保零件在没有外力影响下放置4-8小时。

2.3 设备、夹具应合理。

先进的机床系统应该具备高稳定性的机床支撑部件、高速主轴系统、高精度快速进给系统、高效的冷却系统、高性能CNC控制系统、高安全性安全保障措施。其次合理可靠的夹具设计在零件的高效加工中作用很大, 尤其是薄壁易变形零件, 应考虑增加辅助支撑或压盖, 这直接关系到整个零件系统的刚性。另外还应考虑到快速装夹、找正, 以降低辅助加工时间。当零件没有工艺边时, 可使用特殊的抱紧夹具。夹具采用16组扇形段及相关机构进行抱紧, 调整16组扇形段至零件可以轻松放入, 之后找正零件, 用塞尺消除零件与夹具基准面之间的间隙, 然后打表零件外圆, 对点小跳动均匀抱紧四个扇形段。

2.4 测具的选择及温度控制。

测具的选择对零件的检测很重要。卡钳类测具要保证接触零件的部分要圆滑, 不能有过尖, 过尖会划伤零件。测量直径类的测具如果要以零件为支撑时, 尺板最好为铝合金, 这样质量轻, 不会对零件产生影响, 同样接触零件的部分要圆滑, 不能有过尖。当加工和检测温度发生变化时, 零件会发生变形, 导致实际加工中零件无法准确加工和检测。可使用精确的温度计控制零件加工和检测时的环境温度。

3 机械加工过程中防腐蚀保护

不允许用手直接接触零件最终表面, 零件装夹前要认真清理夹具表面, 避免划伤零件表面, 不允许长时间与夹具接触。形成最终型面工序加工完毕后立即提交检验 (1小时内) , 若无法保证检验的进行, 需立即在加工表面涂防腐油介质。不允许任何其它液体附在零件表面, 必要时可用指定的防腐袋封装零件, 封装前检查防腐袋无污染。及时更换冷却液, 防止由于冷却液原因, 造成零件腐蚀。

4 零件周转和储存要求

第一, 手持零件时需带干净的防护手套。第二, 需周转零件时, 零件要用聚乙烯防腐袋封装或防腐油油封好后放到无污染和杂物的干净周转箱内, 不允许零件与金属直接接触。严禁露天存放、搬运裸露铝合金零组件。第三, 当零件需要进行荧光和阳极化, 要检查零件表面质量, 检查内容包括:不允许有腐蚀点、碰划伤、压坑和压痕。第四, 铝合金零件在高温、潮湿环境下特别容易发生腐蚀, 尤其是在夏季, 要特别注意, 需经常检查零件表面, 如发现腐蚀点, 要尽快处理。

结语

为了控制零件的变形, 提高零件的合格率, 需要使用合理的加工方案, 通过优化刀具及加工参数、制定工艺走刀路线、优选设备和夹具、测具得选择和温度补偿的使用, 以及零件防腐蚀保护和周转储存保护, 最终实现了控制零件的变形, 提高零件的合格率的目的

参考文献

[1]黎明技术中心.切削数据实用手册[Z].2011.

薄壁铝合金 第2篇

铝合金薄壁框类零件变形控制工艺研究

铝合金薄壁框类零件一般尺寸大而截面积较小,加工余量大但刚度较低,在加工中容易出现变形.本文针对此类零件的变形控制进行工艺研究,分析了此类零件产生变形的主要原因,从加工工艺、零件装夹、加工参数、刀具选择等多方面提出改进措施,在一定程度上解决了变形问题,对此类零件的加工工艺、加工方法等方面都具有一定的借鉴作用.

作 者：刘宇 Liu Yu 作者单位：北京星航机电设备厂刊 名：航天制造技术英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(6)分类号：V4关键词：薄壁零件 工艺流程 装夹 刀具 切削参数

铝合金薄壁腔体零件加工工艺研究 第3篇

【关键词】铝合金薄壁腔体零件；铣削加工；加工精度；加工变形

1.引言

影响铝合金薄壁腔体零件的加工精度和表面质量的主要因素是该类零件加工过程中容易变形。解决铝合金薄壁腔体零件在加工过程中的变形问题，就能提高该类零件铣削加工的工作效率，提高零件的精度和质量，实现产品快速生产。

2.薄壁零件加工变形的原因

分析铝合金薄壁腔体零件的加工过程，该类零件一般由铝合金板整体加工而成，该类零件金属去除量大、刚性低，在加工过程中会因残余应力、装夹力、切削运动三方面因素引起变形。

2.1 残余应力

金属材料在形成过程中，金属晶体的排列不是理想状态的整齐排列，晶体的大小和形状不尽相同，存在原始的残余应力，随着时间缓慢释放，产生一定的形变。另外，金属切削过程中，切削的塑性变形和刀具与工件间的摩擦热，使已加工的表面和里层温差较大，产生较大的热应力，形成热应力塑性变形。

金属切削过程中产生的变形并不是单一的原因造成的，往往是几种原因组合作用的结构，而且这种组合作用在加工过程中不是一成不变的，随着加工进行的不断变化，究竟哪一种原因对变形的影响最大，很难进行判断，只能从引起变形的原因入手，采取相应的工艺方法，尽量减小加工变形。

2.2 装夹力

由于铝合金薄壁腔体零件的壁比较薄，无论采用台虎钳装夹还是卡盘装夹，都会产生横向或径向的装夹力，不可避免会产生装夹变形。装夹变形程度跟装夹力的大小有关，装夹力如果很大，就会形成不可恢复的塑性变形；如果较小，就会形成弹性变形，弹性变形会在零件卸载后恢复，但切削加工是在弹性变形没有恢复的时候进行的，单一弹性变形的恢复会为加工后的零件带来新的变形。

2.3 切削运动

切削过程是刀具和工件相互作用的过程，该过程使刀具从工件上去除部分材料。切削运动使材料的晶体颗粒间产生挤压、拉伸、拉断等现象，这些现象会使晶体的原子间产生位移，形成不可恢复的塑性变形。

3.控制、减小铝合金薄壁腔体零件加工变形的工艺方法

分析铝合金薄壁腔体零件在加工过程中变形的原因，结合日常加工生产经验，我们从工艺流程、热处理、装夹方式和切削加工四个方面着手，对控制、减小铝合金薄壁腔体零件加工变形进行研究和探讨。

3.1 优化工艺流程

工艺流程可以将粗、精加工分开，粗加工完成后，对零件进行热处理，将零件的切削应力和残余应力充分释放，再进行精加工，零件的加工质量会得到很大程度的提高，实行粗、精加工分开有以下几方面优点：

（1）减小残余应力对加工变形的影响。粗加工完成后，可以采用热处理将零件粗加工产生的应力去除，减小应力对精加工质量的影响。

（2）提高加工精度和表面质量。粗、精加工分开，精加工只是加工较小的余量，产生的加工应力和变形较小，能较大程度提高零件的质量。

（3）提高生产效率。由于粗加工只是去除多余的材料，为精加工留足够的余量，所以不过多考虑尺寸和公差，有效发挥不同型号机床的性能，提高切削效率。

3.2 热处理

零件经过切削加工后，加工表内的金属组织结构会发生很大变化，加上切削运动的影响，会产生较大的残余应力，为了减小零件的变形，需要将材料的残余应力充分释放。

铝合金薄壁腔体零件一般采用低温退火的热处理方式。低温退火热处理的温度（170℃-190℃）低于再结晶的温度，不会影响零件的强度和硬度；低温退火热处理虽然不能完全去除零件的应力，但可以去除其中的大部分，剩余的部分应力，对零件加工变形的影响较小；低温退火热处理可以通过适当的保温时间达到要求的去应力效果。

3.3 改进装夹方法

在普通零件的加工过程中，装夹方式通常采用台虎钳装夹，对于圆形零件，也可以采用卡盘装夹的方式，无论是台虎钳装夹还是卡盘装夹都会不同程度产生装夹应力。装夹应力和零件卸下后的弹性恢复会使零件产生一定的变形，在粗加工阶段，由于只是去除多余的材料，可以采用台虎钳装夹。

在精加工过程只能够，必须改进装夹方式，减小装夹变形的影响，以达到设计要求的尺寸精度和形位公差。

铝合金薄壁腔体零件在受力情况下很容易变形，加工这类零件，工艺上首先要解決的是装夹引起的加工干涉问题。在铝合金薄壁腔体零件加工过程中可以参照以下方式解决装夹问题：

真空吸附装夹方式：将工件放在吸盘上，并用配套的特种密封条将其底部与外界隔开，接着将底部抽真空，当压力表显示真空达到指示值时，工件相当于加有一定的压力。如图1所示：

防变形装夹方式：将零件通过销钉定位，连接到安装夹具上进行加工，加工过程中台虎钳装夹的是安装夹具，不与发生零件接触；同时，零件在组装和应用时是以销钉定位的，所以加工中心以对应的销钉孔作为装夹定位基准，将更好的接近设计和使用要求，在夹具实际上也应该以对应销钉孔为基准来控制夹具的中心和方位。如图2所示：

3.4 高速切削加工

高速切削加工有三个优点：高效率、高精度和高编码质量、低切削温度和低切削力。切削过程中，影响工件表面质量的主要因素有切削时产生的积屑瘤、磷刺、振动以及切削刃的刃磨质量、工件材料组织缺陷、切削液使用情况等，高速切削与普通切削相比，切削深度块、材料变形速度快、应变率大，不易产生积屑瘤、磷刺。同时，由于切削速度较快，切削热大部分被切屑带走，切削表面来不及产生塑性变形，铣削加工加工已完成。

高速切削加工过程中产生的应力可以控制在很小的范围，这为高精度薄壁零件提供了可能和技术支撑，并大大缩短了加工周期，同时较好的保证了零件的尺寸精度和表面质量。

4.结语

铝合金薄壁腔体零件加工过程中，从优化工艺流程、热处理、改进装夹方式、高速切削加工四个方面综合考虑，结合零件的结构特点，制定合理的工艺流程和加工方案。就可以解决了零件加工变形问题，提高了零件的加工精度和表面质量。

参考文献

[1]李华.机械制造技术[M].机械工业出版社，1997.

[2]徐宏海.数控加工工艺[M].化学工业出版社，2004.

[3]张森堂.高效加工与加工策略[M].

作者简介：

周思吉，男，大学本科，工程师，主要研究方向：机械设计及其自动化。

铝合金航空薄壁框铣削变形预测研究 第4篇

关键词：铝合金,薄壁框,铣削力,铣削变形,有限元分析

0 引言

随着现代飞机性能要求的不断提高, 越来越多的铝合金整体结构件在航空制造业中被广泛采用, 如整体薄壁框、梁、壁板及接头等, 这是由于铝合金结构件具有整体性能优越、密度低、强度接近或超过优质钢且塑性好等特性。从制造角度看, 整体薄壁框零件刚性差, 切削力对加工精度的影响较为显著, 加工时在铣削力的作用下极易发生加工变形, 影响工件加工精度和成本。所以, 预测和分析航空整体结构件加工变形具有十分重要的意义。由于航空薄壁零件的铣削加工变形问题非常复杂, 其加工变形涉及到毛坯材料本身的残余应力及其分布、装夹方式和装夹应力、铣削方式和顺序等等。本文借助于有限元软件仅仅模拟了切削力作用下7075-T651薄壁框零件精加工过程中的变形情况, 分析了其变形规律, 通过改变薄壁框零件的长度和宽度进行铣削有限元分析, 得到了薄壁件的尺寸与加工变形间的关系, 分析结果对实际铣削加工具有重要的指导意义。

1 薄壁框铣削模型

1.1 几何模型

从第三代飞机开始大量采用了如图1 (a) 所示的整体框类结构件[1~3]。文章时分析考虑到计算机的局限性和运算速度, 取单一铝合金航空薄壁框进行分析, 模型尺寸取:内壁长80mm, 宽40mm, 高20mm, 壁厚4mm, 如图1 (b) 所示。为了便于后续的计算和分析, 规定坐标系的方向如下:1) 沿刀具进给方向为X正方向 (即工件长度方向) ;2) 沿刀具轴向远离工件方向为Z正方向 (即工件厚度方向) ;3) 根据X轴和Z轴的方向并利用右手定确定Y正方向 (即工件宽度方向) 。

1.2 铣削力模型

准确的铣削力模型是研究加工变形的关键工作, 虽然力学法建立的切削力模型有很多形式, 一般习惯于以刀具的坐标x, y, z方向来表示切削力, 故将切削力理论值变换到刀具坐标的x, y, z方向[4~8]。文献[9]采用四因素、四水平正交试验方法, 基于铣削速度、铣削宽度、铣削深度和进给量四个基本参数, 通过参数的数学推导和矩阵简化法, 在试验的基础之上, 建立了基于铝合金材料7075-T651的数控三向铣削力经验公式。因此本文采用文献[9]所建立的铣削力经验公式进行数值分析。其铣削力模型如下:

式中:d为刀具直径, z为铣刀齿数, ap为铣削深度, v为铣削速度, f为铣削进给量, aw为铣削宽度, k是与铣削液相关的修正系数, 采用1:15的水和冷却油相混合铣削液时取0.62。

2 薄壁框铣削应力与变形有限元分析

2.1 基本假设

由于薄壁框铣削加工变形涉及的因素较多[10], 在模拟过程中如果综合考虑各种因素, 会导致求解过程十分复杂, 甚至忽视掉重要的条件。因此, 有必要对铣削加工模拟过程进行如下假设。

1) 工件已消除了初始残余应力;

2) 工件材料是完全各向同性材料, 其变形是弹塑性的;

3) 切削加工过程中, 视机床、刀具、工装等工艺系统为刚体;

4) 不考虑刀具的刃口钝化和磨损, 视刀具始终锋利, 不考虑刀具的几何角度对切削变形的影响, 视刀具几何参数不变;

5) 加工变形是工件在切削力作用下的变形引起的, 不考虑热变形对薄壁框的影响。

2.2 铣削工艺参数及工艺路线

本文选用W9M03Cr4V立铣刀, 铣削方式为顺铣内壁。

铣刀参数:刀具直径d=l0mm, 螺旋角β=30°, 齿数z=3。

铣削用量:铣削深度ap为20mm, 铣削速度v为200m/min, 铣削进给量f为500mm/min, 铣削宽度aw为2mm。

工艺路线:首先进行粗加工, 单侧将毛坯厚度铣削到10mm, 然后进行精加工, 走刀路径采用从左到右的走刀路径。

2.3 有限元模型的建立及分析策略

目前有限元建模过程基本上是借助CAD软件或有限元软件来完成。利用有限元软件与CAD软件接口直接引入CAD模型往往导致模型的变化和产生过于庞大的节点数, 以至缺失数据, 影响有限元分析的准确性和精度[11], 本文利用ANSYS软件通过APDL语言编写程序建立薄壁框的有限元模型, 其尺寸为88×48×20 mm, 建模时选用具有塑性、蠕变、大变形、大应变和高阶单元形式的20节点的SOLID95单元, 材料为7075-T651铝合金, 机械性能参数为弹性模量E=71GPa, 泊松比μ=0.33, 抗拉强度σb=503MPa, 使用SWEEP的方法划分网格, 薄壁框三维有限元模型如图2所示。研究对象约束采取对称定位, 约束一个中心面X方向的自由度, 约束另一个面y方向的自由度, 并对模型底面约束z方向的自由度。

由于铣削过程中刀具是连续走刀, 铣削载荷为具有集中、移动特点的移动载荷, 易形成对空间和时间梯度都很大的不均匀应力和应变场, 这正是形成加工变形的根本原因。在实际模拟时, 把走刀过程离散成若干个切削位置, 每一个切削位置就是工件一个工况, 根据刀具和工件之间的作用力与反作用力的关系, 把刀具上所受的铣削力 (包括切削力、进给力、轴向力) 等效地施加到模型节点上, 并假设铣刀一次走刀完成全深度切削。分析时利用单元生死技术, 沿着载荷移动方向按一定的时间t依次加载移动载荷, 载荷中心每次以一个单元的距离向前推进, 并且在加载下一个载荷前, 杀死前一个单元, 同时前进一步载荷, 依次类推, 最终实现整个切削过程。

2.4 铣削有限元分析结果

将上述有限元模型以200个载荷步进行分析、处理和模拟, 得到如图3所示的薄壁框铣削应力云图, 从图中可以看出, 该薄壁框铣削最大应力主要集中在刀具切削位置, 其值为31.677MPa。

为了了解铣削加工的变形情况, 取80×20的内壁沿长度方向每隔16mm取一条观察线, 即X依次取20、36、52、68mm共4条观察线, 分别标记为X11、X12、X13、X14, 沿高度方向每隔4mm取一条观察线, 即Z依次取4、8、12、16、20mm共5条观察线, 分别标记为Z11、Z12、Z13、Z14、Z15;在40×20的内壁沿宽度方向每隔8mm取一条观察线, 即Y依次取12、20、28、36mm共4条观察线, 分别标记为Y21、Y22、Y23、Y24, 沿高度方向每隔4mm取一条观察线, 即Z依次取4、8、12、16、20mm共5条观察线, 分别标记为Z21、Z22、Z23、Z24、Z25。分别提取以上各观察线上各点的变形值绘制加工变形曲线, 其结果如图4!图7所示。

从图4、图6可以看出二者的变化规律基本一致, 即各处的变形均随着Z坐标值 (高度) 的增大变形显著增加, 这是由于随着框体高度的增加, 受框体底面部分的约束影响减小, 从而刚度显著减小所致。观察两图还可以看出, 图4中的变形值明显大于图6中的变形值, 这是由于工件的长度尺寸明显大于宽度尺寸, 从而导致两端约束对中间变形的影响越来越小。

以上图5、图7可以看出, 两图均呈抛物线型的变化规律, 长 (宽) 度的两端点处的变形均较小, 框体中部变形大于两端变形, 由于框体两端受约束的影响较大, 而中部受约束的影响较小, 所以中部变形大于两端变形, 且中间各位置处的变形相差并不明显。所以在约束少及刚性差的位置应该通过增加辅助支承、减小进给量等措施来减小变形。

3 框体结构尺寸对铣削变形影响分析

铣削变形不仅与铣削力有关, 还与薄壁框零件本身尺寸有关系, 在材料属性、铣削工艺参数及工艺路线不变的情况下, 通过单独改变薄壁框的长或宽中的某一尺寸的方式, 预测薄壁框体结构尺寸对铣削加工变形的影响。图8为薄壁框的长度从55至100mm的最大铣削变形随长度的变化情况, 图9为薄壁框的宽度从20至60mm的最大铣削变形随宽度的变化情况。

从图8、图9的变化曲线可以看出:二者的变化趋势相似, 均随着长度或宽度的增加, 其最大变形也逐渐增加, 但宽度方向的变形明显大于长度方向的变形。

4 结论

1) 薄壁框体铣削加工是一个复杂的动态物理过程, 铣削加工过程中由于铣削力作用, 在零件内部存在的局部应力积聚会使被加工的薄壁框零件具有潜在的应力和变形条件, 采用弹塑性有限元法可以对加工应力、加工变形等物理量进行有效预测。

2) 在实际工程中可以运用该方法模拟薄壁框体铣削时工件的变形, 进一步控制和减小加工变形, 从而保证工件几何尺寸的工艺要求。

参考文献

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[9]唐国兴, 郭魂, 左敦稳, 等.残余应力重分布引起的结构件铣削变形研究[J].机械设计与制造, 2008 (7) :117-119.

薄壁铝合金 第5篇

21世纪科学技术飞速发展,汽车、电子、计算机、航空航天等领域的产品尺寸越来越小,出现了大量薄壁件。由于薄壁件壁薄,质轻,加工精度高,强度,刚度各方面要求严格,加工工艺性差等特点,在切削和装夹,发热变形,应力集中等因素影响下,易发生加工变形和切削振动,因此难以保证其加工质量。如果采用常规的低转速,小进给及多次空刀走刀等方法来防止加工变形,应用手工检验和打磨等手段来处理加工尺寸精度和表面质量问题,则会大大降低生产效率,且未必能保证加工质量的稳定性。因此薄壁件的加工制造问题一直是机械行业的难点和热点。

1 高速加工技术

高速加工(HSM或HSC)是采用比常规切削速度高得多的切削和进给速度进行高效加工。它是一种轻切削方式,每刀切削排屑量小,切削深度小但切削线速度大,进给速度较传统方式高5~10倍。随着切削速度的提高,切削力下降;随切屑带走大量加工产生的热量;能获得更佳的表面质量;在不受机床振动制约的范围内加工。但是,随着切削速度的提高,会影响刀具寿命如图1所示。

本文以一个简单的铝合金簿壁零件为例如图2所示,采用高速加工技术,改变工件的装夹方式,优化编程策略,选择合适的切削刀具,采用最佳的切削工艺,在CAXA软件里面实现对铝合金薄壁零件的高速切削。

2 铝合金薄壁件加工分析

该零件长400mm,宽200mm,厚30mm,内腔深20mm,中间薄壁的壁厚仅为2mm,圆角均为R10mm(图2)。基于薄壁件的加工特点,在加工中主要解决抑制和减小变形的问题。

为了避免刀具产生受力过大、磨损甚至崩刃等情况,应该将第一刀和其后面的加工分开。第一刀选取直径较大的刀具用区域式加工的方法做出。为了利于后面的扩铣加工,使用常规加工和进给速度来完成槽。然后使用直径较小的刀具用等高线加工方法,从槽中开始往外扩铣加工,使得每次加工能保证相同的切削速度,进行高速铣削来完成工件加工。

这里面加工顺序:先进行等高线加工,再进行区域式加工,加工后在特征树的加工管理区域将二者对调。因为如果直接进行执行区域式加工的话,其后的等高线加工将不会将切入点放在区域式加工所铣出的槽中进行扩铣加工,而是从内腔的边缘下刀,又成为第一刀的满刀加工。

2.1 材料性能特点

铝合金薄壁件由于硬度(110~120HB)和强度(96~294MPa)低,材料的膨胀系数较大,热胀冷缩后易产生积屑瘤,同时材料抗塑性变形和划痕的能力也差,工件易碰伤和夹坏。而且其弹性模量较小,在切削力和夹紧力作用下易产生较大的弹性变形,从而影响的加工精度。而且会引起刀具后面和已加工表面之间的剧烈摩擦,从而加快刀具的磨损并引起振动。这在薄壁件的情况表现较为明显。

2.2 切削参数特点

高速加工最重要的是研究最优切削参数,如切削速度、切削深度、进给速度等因素。

高速加工时,在确定最优切削条件下,我们不仅要考虑刀具的磨损,而且必须考虑表面质量、精度、切削力和切除量与工件材料(图3、4)之间的关系。而铝合金的最佳切削速度是1500~5500m/min,每齿进给量为0.16~0.62mm。

铝合金加工参数要求:

1)对于薄壁零件的加工,要求采用高速/超高速切削技术,即在机床刀具的允许范围内,采用很大的切削速度。

2)高速切削要求选用顺铣方式。

3)高速加工侧壁时,应使用低切深高进给的方式,但在铝合金的高速加工中选择径向切深。

4)高速切削时尽肯能缩短刀具悬伸长度和增加工件的刚性。

2.3 加工刀具的要求

适合高速加工铝合金的刀具材料有硬质合金,陶瓷和聚晶金刚石三种。陶瓷刀具不能使用在粗加工中,容易导致刀具迅速磨损。聚晶金刚石刀具则是目前最合适加工铝合金的刀具,但是价格昂贵,较少使用,适当使用该种刀具有更好的经济性。目前加工中部分使用硬质合金刀具,不推荐使用高速钢刀具。

3 铝合金薄壁件高速加工

3.1 CAXA加工环境参数设定

3.1.1 加工刀具参数设定

在特征树加工管理区的刀具库管理中增加一个区域式加工的铣刀D10,r1和一个等高线加工的铣刀D6,r0.5如图5所示。铣刀的参数如图所示,其中的刀刃和刃杆长度与仿真加工有关,与实际加工无关。

3.1.2 后置处理设置

根据加工需要选择机床,定义合适的机床后置格式,设置各项参数。系统一般默认为FANUC系统的格式。

3.1.3 加工毛坯设定

加工定义毛坯中选择参考模型。调整尺寸中,将其尺寸调整为长404mm,宽204mm,高32mm最后生成毛坯图如图6所示:

3.1.4 加工边界设定

1)等高线加工边界确定

等高线粗加工方式生成等高线加工轨迹。粗加工去余量的快慢影响加工中心加工的效率。整个型腔根据给定的参数自动分层,每一层相当于一个平面区域加工,适合用于平刀,球刀和带R的平刀。可以高效可靠的去除型腔内的余量,并可以根据精加工的要求留出余量,为精加工打下一个好基础。该加工方式普通使用,适用范围广;可以指定加工区域,优化空切轨迹。轨迹拐角可以设定圆弧或者S形过渡,生成光滑轨迹,支持高速加工设备。

考虑到加工余量,因此需要在零件的外表面设定加工边界,否则使用等高线加工时,零件外表面除了四周圆弧以外将得不到加工。如果不设定加工边界的话,系统将默认毛坯尺寸为加工边界。考虑到刀具半径的偏移量,加工边界设定必须大于加工零件外表面所用刀具的半径。

2)区域式加工的轮廓确定

区域式粗加工方式生成区域式粗加工轨迹。该加工方法属于两轴加工,优点是不必有三维模型,只要给出零件外轮廓和岛屿,就可以生成加工轨迹,并能在轨迹尖角处自动增加圆弧,保证轨迹光滑,具有较高的效率。无论是内外轮廓铣,刀具都要从切向进入轮廓进行加工;当轮廓加工完毕,要安排沿足够切线方向的退刀距离,避免刀具在工件上的切入和退出点处留下接刀痕。进退刀位置尽可能选在不太重要的位置。

区域式加工中使用直径10mmm的铣刀,在每个内框内设定一定宽度为10mm的矩形框加工边界。长度根据等高线加工的切入点调整,使等高线加工的切入点落在该范围内。这里选择183mm X10mm的矩形作为区域式加工的边界如图7所示。

3.2 等高线加工刀具轨迹

选择加工类型为等高线粗加工,然后设置切削用量。选顺铣方式,直径为6mm的端铣刀,Z向切入层高为6mm,XY切入向行距为0.6mm,加工余量为0。

根据(表1)硬质和金刚端铣刀高速铣削铝合金切削参数推荐表设置主轴转速25000,进给速度为3000,执行平坦部识别。

按照零件高速加工的要求选择切入切出和下刀方式方式,然后再增加参数为的D6,r0.5铣刀。手动选择需要加工的曲面和零件外表面作为加工边界点击确认,系统自动生成加工轨迹如图8所示。

在加工管理区拾取刀具轨迹将加工轨迹隐藏,便于观察下面的加工轨迹(这里主要是针对一个零件中存在多种加工方式时避免各种刀具轨迹路线之间产生视觉上的相互影响)。

3.3 区域式加工刀具轨迹

选择区域式粗加工方式,然后设置切削用量。在顺铣方式下,选直径是10mm的平头槽铣刀,Z向切入层高为5mm(该项为Z轴向切深),XY向切入行距为10mm,加工余量为0。根据(表2)硬质和金槽铣刀高速铣削铝合金切削参数推荐表选择主轴转速为6000,进给速度为900。

增加参数为D10,r1铣刀,加工边界参数Z轴设定为最大32mm最小10mm,以免区域式加工将一直加工到底。手动选择需要加工的轮廓后,在加工零件上拾取岛屿确认系统加工得到区域式加工轨迹如图9所示。

以上是铝合金薄壁类零件在等高粗加工和区域式粗加工相结合的加工过程,接下来还可以还可以将两种加工方式对掉后进行轨迹仿真,生成G代码,工艺清单,然后根据这些代码清单进行后置处理等操作。

4 结束语

通过对铝合金薄壁零件加工的综合应用,分析薄壁类零件在高速加工过程加工性能不佳的问题。由于数控加工技术朝着高速加工方向发展,此类零件采用数控加工技术,可以大大缩短此类零件的制造周期,提高其加工性能和质量,为同类薄壁零件高速加工技术提供一些参考。

参考文献

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[3]鲁君尚,等.CAXA制造工程师3D造型与数控编程基础及其应用[M].北京:北京航空航天出版社,2006,9.

[4]刘颖.CAXA制造工程师2006实例教程[M].北京:清华大学出版社,2006,4.

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[8]Hiroyasu IWABE,et al.Study on Machining Accuracy of Thin Wall Workpiece by End Mill.日本机械学会论文集,1997,63:605.

薄壁铝合金 第6篇

关键词：烟草包装机,辊类零件,工艺技术,制造特点

辊类零件主要是在FOCKE FC800硬盒硬条包装机组上张紧烟用BOPP薄膜或铝箔纸使用的功能零件, 各种规格数量比较多, 品质差的辊类零件在高速运行的情况下可直接导致包装的偏斜, 所以辊类零件的好坏直接影响到烟包、烟条的外观品质, FOCKE FC800硬盒包装机运用了采用直包方式双路包装技术, 包装速度800包/min, 是国内自主制造最先进的超高速包装机组［1］。由于包装速度的提高, 设计中采用的辊类零件设计要求轻和薄壁, 故采用了铝合金材料的薄壁零件, 由于铝合金零件材料热膨胀系数较大, 该类零件的加工变形是机械制造中较棘手的问题, 加工比较困难, 本文通过辊类零件的加工总结出一套加工方法, 实践证明该方法有效地解决了壳类薄壁零件加工变形的问题［2］。

1薄壁铝合金零件加工分析

1) 存在的问题

如图1所示, 该零件材料为2017 - T4, 属于回转薄壁类, 此辊类零件的加工难度是控制材料变形等因素, 保证零件的加工尺寸精度及形位公差［3］。从图1可以看出, 该零件不但薄壁而且较长, 并且是铝制零件, 按通用加工方法, 容易产生长度方向的弯曲, 外圆呈三角形等现象, 以至于有时未加工至精加工已经报废, 难于切削加工至图样要求。

2) 加工变形的原因

铝合金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。

影响辊类零件变形主要有以下几方面:

1) 该零件毛坯余量较大, 在主切削力的挤压作用下及牵引导致零件产生变形［4］。

2) 零件长度较长、壁薄、刚性差, 切削过程中产生振动和弯曲变形。

3) 从零件结构图中看出壳类壁薄1 mm, 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, 使零件产生圆周方向的变形。

5) 硬铝材料中铝元素易与于空气中的氧起化学作用, 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, 造成辊类零件加工变形的主要因素是材料内应力、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。

2. 1减少加工变形的加工工艺

1) 热处理, 时效处理, 解决原材料的残余应力;

2) 粗加工: 车削方式粗加工, 内外圆车留2 mm余量、 端面1 mm余量;

3) 热处理: T4处理, 解决粗加工产生应力;

4) 半精加工: 车削方式精加工, 内外圆车留2 mm余量;

5) 热处理:时效处理, 解决精加工产生应力;

6) 精加工:分三步车削方式精细加工:

第一步, 两顶尖针车削外圆至尺寸公差及粗糙度要求;

第二步, 校外圆, 精车准内孔及孔内槽;

第三步, 采用专用芯轴以内孔定位精车59外圆及总长两端面, 棱边倒钝, 保证形位公差要求。

2. 2减少加工变形的工艺措施分析

a) 降低毛坯的内应力

采用自然或人工时效以及振动处理, 可部分消除毛坯的内应力。预先粗加工是行之有效的工艺方法。对由于余量大的毛坯, 故加工后变形也大［5］。若预先加工掉毛坯的多余部分, 缩小各部分的余量, 当粗车结束后, 为改善后工序精加工的切削性能, 减少变形。

b) 合理的选择切削参数控制变形

1) 粗加工时进给量为0. 5 mm / r ~ 0. 3 mm / r; 切削深度0. 5 mm ~ 1 mm; 切削速度100 m / min。主要是去除壳类零件大的余量, 加快零件的散热性, 加速切削应力的释放。

2) 精加工时进给量为: 0. 05 mm / r ~ 0. 07 mm / r, 切削深度0. 05 mm ~ 0. 075 mm, 切削速度65 m/min。主要是辊类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。

3) 高速度、小进给量, 提高工件的表面加工品质, 同时减小径向切削力, 减小应力变形。

c) 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, 选择YG6A刀头加工, 由于该零件内孔较长经刀具选用R形断屑槽, 主要考虑出屑的需要［6］。

精加工外圆车刀尺寸与精加工内孔车刀尺寸如图2所示。精车刀刀尖圆弧半径选择R0. 8 mm ~ 1 mm, 避免振动, 散热快。为了达到内孔与粗精加工的粗糙度要求, 使用图示内孔与外圆刀具, 在精加工时进给量为0. 05 mm / r ~ 0. 07 mm / r。

刃倾角 λs, 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, 提高零件表面加工品质。加工时将刀具通过刀架使切削刃沿轴向装夹, 通过薄壁辊类零件的加工此径向切削力最小, 工件不易变形。

d) 增加半精加工工步控制变形

车准零件各D57内孔包括45°斜面, 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, 给D59外圆增加半精加工工步, 以便得到较好的基准, 增加一道半精加工工步车D47内孔, 加工余量控制在0. 5 mm ~ 1 mm左右, 给精加工留余量0. 5 mm ~ 1 mm, 主要是将辊类零件在粗加工基础上, 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。

e) 保证形位等差

在精加工内孔前先安排一道外圆基准精加工, 消除工件定位的椭圆度, 保证定位尺寸的一致性及精度, 使辊类零件与夹具定位间隙最小, 达到保证形位公差要求的目的。精加工前, 先修整两端孔口倒角60°。采用两顶尖, 车外圆车至D61 ± 0. 025, 要求消除工件外圆定位的椭圆度, 切削深度0. 1 mm ~ 0. 5 mm; 切削速度130 m/min。

f) 多次热处理工序消除加工应力

在辊类零件粗加工后安排一次淬火工序, 提高零件的强度, 改善切削性能; 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; 通过多次的热处理工序, 将使辊类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。

g) 采用专用工装夹紧方式控制变形

从壳类零件图看出, 零件内孔和外圆都有尺寸和形位公差要求, 因此该尺寸的加工必须要采用较小的径向夹紧力, 才能保证零件的形位公差要求。在精加工工步中采用专用软夹头见图3。

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D61 ± 0. 025外圆定位, 另一端采用中心架形式, 零件以D61 ± 0. 025为校准基准, 由于专用夹具的装夹接触面积较大, 所以单位面积上受到的压强较小, 车削时能保证零件D47内孔的尺寸精度及形位公差要求。

在精加工中采用专用芯轴 ( 图4) 以两D47内孔定位, 通过锥度外圆涨紧D47内孔, 减少其他夹紧力, 加工外圆, 这种装夹方式受力最小, 加工后外圆跳动较小。

h) 车削时采用控制震动的方法控制变形

首先该零件内孔较长车加工选择刚性好的刀杆是必须的, 内孔车刀刀杆直径选择在D25 ~ D30刚性较好, 减少车加工时产生震动。半精加工与精加工中类现。

在半精车外圆和精车外圆时在内孔中须填加报纸或餐巾纸, 报纸或餐巾纸可以吸收一定的震动, 减少车削外圆震动引起的“擎”的现象, 使外圆的粗糙度降低。半精加工与精加工中使用该方法。

i) 避免腐蚀

为了保证壳类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JAEGER195无氯切削液, 在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类发生化学反应被腐蚀。

3结论

通过分析研究辊类零件制造所运用的加工技术发现, FOCKE FC800硬盒硬条包装机组上辊类零件等一系列零件, 制造工艺和制造品质也在不断提高, 随着国内自主开发烟草包装机速度己跨入到高速和超高速的情况下, 显而易见通过学习、探索先进的加工技术, 实现自主创新, 将直接影响未来一个时期, 国产烟机是否能够在技术装备中起到主导作用。

参考文献

[1]覃忠灵, 陶良华.ZB25软盒包装机铝箔纸钢印装置改进[J].包装与食品机械2012 (05) .

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[5]王凯, 樊继航, 邓晶亮.铝合金复杂薄壁件加工工艺优化[J].机械制造与自动化, 2013 (03) .

薄壁铝合金 第7篇

在铝合金薄壁零件的机械加工过程中, 由于相关因素的影响, 通常不利于该零件的日常工作的稳定运行, 这就需要找到其零件加工过程中的问题, 展开优化, 以促进其机械加工系统内部各个环节协调性的提升, 满足日常工作的发展需要。

1 关于铝合金薄壁件应用环节的分析

随着现代化经济建设的开展, 一系列的机械加工设备被社会所广泛需要, 比如铝合金薄壁零件, 该零件的应用范围是比较广泛的, 平常的机械加工企业、航海事业、卫星应用事业都能看到它的影响, 通常来讲, 由于铝合金薄壁件的自身应用环节的限制, 要保证其加工质量效率的提升是有一定难度的。其结构是比较复杂的, 壁厚程度也是比较低的, 并且有些必要的加工零件, 是难以实现其生产质量效率的提升, 容易导致其施工周期的延长, 不利于其加工质量效率的提升。这就需要我们针对日常的生产环节, 展开该零件的机械加工环节的优化。近年来, 在国营大众机械厂的机加工生产过程中, 铝合金零部件的加工数量逐渐加大, 且形状越来越复杂, 尺寸精度和粗糙度要求越来越高, 尤其是铸造铝合金壳体类零部件, 结构复杂, 铸造壁薄, 体积越来越大。但在加工过程中, 由于切削热及装夹变形对铝合金零部件的加工精度和表面粗糙度影响很大。如何解决这个问题, 以提高铝合金薄壁零件的成品合格率, 这给机械加工工艺人员提出了新的课题。经过几年的探索, 我们逐渐找到了一些铝合金零件的机加工工艺特点, 基本满足了铝合金薄壁零件的加工精度要求。下面从铝合金薄壁件特点入手, 对其机加工工艺进行探讨。

2 铝合金薄壁件机械加工工艺环节的优化

2.1 为了满足铝合金薄壁件机械加工的需要, 首先要实现其自

身应用环节的分析, 要分析其铝合金材料的韧性、粘附性及其相关塑性。这样就有利于我们日常机械加工环节的优化。由于其自身的性质, 切屑不容易产生分析, 进程在切削过程中出现刀瘤的现象。因为其铝合金薄壁件自身较差的刚性, 在机械过程中也容易出现变形的现象。由于铝的线膨胀系数的影响, 在日常切削加工环节中, 出现热变形的几率是比较大的。并且由于铝合金材料自身的较低的硬度性。在机械加工过程中, 也容易出现划伤的现象, 从而满足日常工作的需要。加工基准选择, 粗基准的选择尽量选用光洁、平整、面积较大的表面, 基准面上的飞边、毛刺、浇冒口残留凸起部分应去除掉, 以保证定位准确, 夹紧可靠。精基准应尽量与设计基准、装配基准、测量基准一致。且工艺上应充分考虑加工中零件的稳定性, 定位准确性, 夹紧可靠性。粗加工, 由于铝合金零件加工尺寸精度和表面粗糙度不容易达到高精度要求, 在加工过程中, 首先对各加工面的加工余量, 尤其是形状复杂的薄壁零件, 在精加工前予以去除。结合铝合金材料特点, 通过分析零件加工机理。

在工件的加工过程中, 为了满足日常工作的需要, 需要实现其工件表层质量的提升, 这需要实现相关环节的优化, 比如进行工件表面施工环节的优化, 避免出现加工硬化的状况。由于其切削过程中相关热量的影响, 其切削变形是比较常见的, 这样不利于加工环节的尺度误差的控制, 一旦超出标准范围, 就会出现工件变形的现象, 为此要实现其铣刨加工模式的应用, 以满足日常工作的需要。通过选用低转速、小切削深度、适宜进给量的方法, 保证加工的尺寸精度, 对于特殊形状的部位, 采用镗床进行粗加工, 同时加冷却液对工件进行冷却, 以降低切削热对加工精度的影响。另外, 对于形状复杂、壁厚变化较大的铸造铝合金零件, 增加低温热处理, 以消除内应力, 减少由于零件加工后应力重新分布所引起的变形。

2.2 在机械加工过程中, 促进其整体加工环节的优化是非常必要的。

通过对其成型阶段精加工环节的优化, 可以满足日常工作的需要。这有利于保证铝合金零件成本精度的有效控制, 实现其表面粗糙度的有效控制, 从而满足该零件机械加工的需要。要针对铝合金材料的相关特点, 实现其相关零件设备的有效应用, 保证其精加工工序环节的优化。该环节的开展, 需要应用一系列的设备工具, 比如数显铣床。在精加工作业中, 为了解决一些麻烦, 需要保证其切削控制的控制, 实现其刀量的有效控制, 这就需要实现对刀具的有效选择, 刀具需要具备一定的刚度, 这样有利于保证下序工作环节精度的提升。工件装夹过程中, 尽量减少装夹次数, 实行一次定位成型, 施加较小的夹紧力, 以减小人为误差。在加工中, 高速切削会产生大量切削热, 尽管切屑能带走大部分热量, 但在刃前区仍能产生极高温度, 由于铝合金熔点偏低, 使得刃前区常常处于半熔化状态, 使工件在切削点处的强度受高温影响大幅度下降, 容易产生铝合金零件在加工过程中形成的凸凹缺陷。因此, 在精加工过程中, 通常选用润滑性能好, 粘度低, 冷却性能好的煤油做切削液。在润滑刀具的同时, 及时带走切削热, 降低刀具刃前区及零件加工面的温度, 减小零件温度变形。

2.3 在零件应用过程中, 通过对其机械加工规范的遵守, 实现其工作环节的质量效率的提升。

由于铝合金薄壁零件的自身刚度性质的影响, 会比较容易出现装夹变形的现象, 为了满足日常的设计需要, 要保证其加工面的平面度环节的优化, 从而避免出现波浪面及其鼓型面的现象。这就需要做好积极的加工准备工作, 促进其螺杆高度的有效控制, 保证其支撑力的有效应用, 通过对上述程序的控制, 可以促进零件的整体刚度的提升。夹紧时, 使各压板的作用点围绕支撑螺杆中心对称布置, 且各作用点的夹紧力尽可能一致, 以消除夹紧变形, 获得满意的加工精度。铝合金薄壁件在切削过程中, 如何消除和减少零件的变形问题, 与诸多因素有关系。实践证明, 在保证零件毛坯质量, 合理安排粗、精加工工序的前提下, 注意各工序去除干净毛刺。夹紧时夹压处加垫油纸, 夹紧力度适当等细节, 完全能够加工出令人满意的薄壁铝合金零件。

3 结束语

铝合金薄壁零件的机械加工环节的综合效益的提升, 离不开其该零件加工系统内部各个环节的协调, 这样有利于保证日常工作的稳定开展, 以满足日常机械加工环节的需要。

摘要：为了满足铝合金薄壁零件机械加工环节的需要, 要实现其加工系统的优化, 促进其内部各个环节的有效协调, 以满足日常工作。在铝合金薄壁零件的机械加工过程中, 通过对其加工模式、材料特性等的有效分析, 从而满足铝合金薄壁零件的加工需要, 保证日常工作质量效率的提升。

关键词：铝合金,薄壁零件,管理应用

参考文献

[1]史翔.模具CAD/CAM技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2001.[1]史翔.模具CAD/CAM技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2001.

[2]冯炳尧.模具设计与制造简明手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1985.[2]冯炳尧.模具设计与制造简明手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1985.

薄壁铝合金 第8篇

1 柔性工装夹具设计的原则

工件在进行加工时, 首先需要的就是在机床上或者在夹具上占据某一正确位置的过程也叫做定位。为了使定位好的工件在进行切削加工时, 不会因为力的作用而发生位移, 使其始终处于准确的位置, 需要将工件夹紧, 这个过程也叫夹紧。定位和夹紧的过程合称装夹。因此, 在夹具设计时, 需要结合待加工的铝合金曲面薄壁件进行工件的定位分析, 然后使设计出的夹具符合装夹需要。为此, 需要遵循如下的设计原则:

(1) 保证夹具工作可靠。对于柔性夹具而言, 虽然能够依据不同工件进行装夹点的变动, 但是, 在设计柔性夹具时, 还是应重点考虑夹紧机构能够产生足够的夹紧力, 避免在切削加工时, 由于切削力或者是工件重力等的影响破坏工件的正确定位, 夹紧后不能破坏工件定位后的正确位置和己加工表面。

(2) 保证加工精度。夹紧装置除了要产生足够的夹紧力之外, 为了保证加工的精度还应使夹具具有自动锁闭性能, 当工件加工偏离正确位置时自动的进行锁闭, 防止继续加工造成报废。

(3) 保证生产效率。夹具机构设计时, 还应考虑夹具在使用过程中的工作效率, 要求夹具使用简单, 自动化程度高, 夹紧动作迅速, 能够与工件的产量和批量相适应。另外, 还应追求夹具结构的简单, 降低夹具的生产成本。

1一工件2一真空吸附夹具3一底板4一真空泵5一导轨6一液压控制箱

2 汽车主模型检具设计简要分析

对于汽车主模型检具, 其主要包含的部分为引擎盖检具、车灯检具、翼子板检具、车门检具、汽车玻璃检具等, 其中毛坯尺寸最大的为引擎盖检具。针对引擎盖检具, 设计如图1所示的工装夹持系统。

在设计的此套夹持系统中, 起支撑作用的是由夹具的伸缩机构和夹具头上的顶珠组成, 为了保证支撑的刚性, 伸缩杆和顶珠在设计时采用铝制材料组成。对于夹紧结构, 则有升降柱顶部的真空吸盘和真空泵组成。为了达到夹持的目的, 保证夹持具备足够的柔度和贴合度, 真空吸盘应由密实的材料组成, 而且要选用吸引力足够的真空泵, 以减小加工过程中由振动或翘曲引起的变形。

3 结语

对于铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的设计, 不仅需要遵循普通夹具设计的一般原理和原则, 还应重视夹具的柔性特点。该文仅对汽车主模型检具柔性工装系统整体构思进行简单的介绍, 对于其中起主要作用的伸缩和夹持部件的设计做了简单的论述, 希望能引起相关人士的重视, 在未来对其做进一步研究。

摘要：机械设计制造中, 对于夹持装置的要求越来越高。汽车工业中, 汽车主模型检具中大量采用铝合金曲面薄壁件, 为了更好的生产这些模型, 需要设计能够满足这些检具生产需要的柔性工装夹具, 该文对这类工装夹具的设计原则进行了简要论述, 并对汽车主模型检具引擎盖部位的支撑夹紧装置进行了简单的介绍, 希望能促进相关人士的研究。

关键词：柔性,夹具,设计

参考文献

[1]殷莉.铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的研究与设计[D].上海:上海交通大学, 2012.

[2]张壮志, 孔啸, 梁建光, 等.铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的加工性能研究[J].组合机床与自动化加工技术, 2013 (6) :116-118.

[3]梁建光, 孔啸, 殷莉, 等.薄壁铝合金检具加工柔性工装夹具的设计[J].制造业自动化, 2012 (21) :108-110, 135.

轻合金薄壁件铸造成形技术 第9篇

关键词：轻合金薄壁件,铸造技术,精确成形

国内外航空航天、汽车船舶等行业为了追求轻量化目的, 已经采用高性能轻合金材料, 如铝、镁、钛等合金[l-3], 同时在结构设计上采用轻量化结构, 例如薄壁结构、整体和带筋结构等。这类轻合金工件采用精密铸造技术制造是非常高效的。这类轻合金铸件一般具有如下特点: (1) 结构复杂:轮廓结构复杂, 内部多腔, 用其他制造或机械加工方法难以完成; (2) 薄壁:铸件最小壁厚较小, 局部甚至薄至2mm以下; (3) 尺寸精度高:铸件的内腔和外形一次成形, 铸件接近零部件的最终形状, 可以少加工或不加工。 (4) 铸件质量性能高:其质量性能达到I类铸件要求。

1 石膏模铸造

石膏模铸造的铸件具有尺寸精度高、表面光洁及残留应力低的优点, 同时具有复制模样精确, 热导率低, 易完整成形薄壁部位的特点, 可铸出壁厚为0.5mm的铸件。然而, 石膏型铸造也有以下缺点:石膏型传热能力差, 当铸造壁厚较大的铸件时, 厚大处容易出现缩松、缩孔等缺陷;透气性极差, 铸件易形成气孔、呛火等缺陷[4]。在20世纪80年代初, 国内兵器工业第七零研究所采用石膏模成功地生产出了压气机叶轮铝合金铸件产品, 且成品率达到85%以上[5]。美国泰克 (TEC) 公司采用熔模石膏型铸造生产出了薄壁复杂的优质铝合金整体铸件, 其尺寸精度一般可达±0.254mm, 最高可达±0.076mm, 最小壁厚可以达到0.8mm[6]。

2 压力铸造

压力铸造 (HPDC) 是用于铸造镁合金和铝合金的最常规工艺, 该工艺在设计和制造方面有许多灵活性的特点, 加上镁合金和铝合金优异的充型性使其能够经济地用于生产大型、薄壁和复杂铸件。第一个工业化生产的雪佛兰Corvette Z06车整体压铸镁支架仅重l0.5kg, 比被代替的铝支架减重35%[7]。尽管生产率高, 但轻金属常规压力铸造的最大缺点是疏松, 因为液体金属高速注入压铸型过程中, 金属液卷入的气体留在铸件中导致疏松。

2.1 真空压铸

真空压铸是一种在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体, 从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺, 这种工艺在压射之前, 能降低压射室和铸型型腔的压力, 没有空气裹夹在铸件中, 能够制造出显著改进性能的相当大的薄壁铸件。当前用真空压铸工艺生产的目标铸件是需要气密性和通过热处理获得良好力学性能的铸件。真空压铸拓宽了常规压铸的能力, 同时保持了其经济性的益处。北美的铝合金真空压铸已经非常流行, 20%以上的铸造企业具有真空压铸生产能力[8]。

2.2 半固态压铸

半固态金属浆料由于其初生晶粒通常以近球状形式存在, 故而具有较好的流变性和触变性, 故而可用于压铸工艺中。半固态压铸便是在高压的作用下, 使半固态浆料在半固态温度下以较高的速度充填压铸型型腔, 并在保持压力的条件下成形和凝固。半固态压铸的特点主要是高压和高速充填压铸型。根据工艺的不同半固态压铸通常分为两种:第一种是将半固态浆料直接压射至型腔里形成制件, 称为流变压铸;第二种是将半固态浆料预先制成一定大小的锭块, 需要时再重新加热到半固态温度, 然后送人压室进行压铸, 称为触变压铸[9]。与传统全液态压铸技术相比, 半固态压铸成型减少了凝固过程中的收缩量, 提高了铸件尺寸精度, 适于生产复杂件;铸件柱状晶和粗大的树枝晶得以消除, 铸件组织细密均匀, 缺陷和宏观偏析明显减少;此外减小了型腔热冲击, 提高了压铸型及压射室的使用寿命[10,11,12]。

3 反重力铸造

反重力铸造技术是金属液在与重力方向相反的充填驱动力的作用下, 金属液沿重力的相反方向充填型腔。外加的充填驱动力在金属液充填过程中是主导力, 它使金属液克服其自身重力、型腔内阻力等作用力完成充填铸型。反重力铸造成型是一种可控的工艺, 在金属液充填型腔的过程中, 可以控制外加力的大小以实现不同速度的充填, 满足不同工艺的要求;同时, 铸件在较大压力的作用下凝固, 可以提高金属液的补缩能力, 降低了缩孔、气孔和针孔等铸造缺陷。根据金属液充填铸型施加压力形式的不同, 反重力铸造又可以分为低压铸造、差压铸造、调压铸造等。

3.1 低压铸造

低压铸造是使液体金属在较低的压力作用下充填型腔, 以形成铸件的一种方法。其具有以下优点:充填过程中液流平稳, 压力变化平缓, 可避免湍流而引起的氧化和吸气。例如电磁泵低压铸造, 在铸造过程中金属液经过强磁场作用, 对改善铸件的组织性能有积极的作用;可精确控制流量及加压范围、反应迅速准确[13]。该工艺重复性极好;不需要额外加压缩空气, 并可在保护气氛下工作, 从而减少气体浸入, 防止金属液的二次污染, 减少气孔等缺陷的产生。

3.2 差压铸造

差压铸造是由低压铸造衍生出来的一种铸造方法, 其主要是在铸型外增加了一个密封罩, 同时在密封罩内通入压缩空气, 使金属液在一定压力下成形[14,15]。金属液充型过程中, 保温炉中气体的压力大于铸型中气体的压力, 使炉内的金属液在压力差的作用下充填铸型, 如低压铸造时那样实现金属液的充型、保压和增压。差压铸造由于铸件是在更高的压力作用下结晶凝固的, 所以其致密度更高。

3.3 调压铸造

调压铸造是使型腔和金属液处于真空状态并对金属液保温并保持负压;充型过程中, 通过增加下压室的压力, 将坩埚中的金属液压入处于真空状态的型腔内, 充型过程结束后迅速对两压室加压, 使金属液在一定压力条件下凝固成形。调压铸造吸收了传统反重力铸造方法的优点并加以改善, 弥补了现有技术的不足, 实现了薄壁充型能力及冶金品质的双方面提升。与普通差压铸造相比, 其充型过程更加平稳, 充型能力更加优秀, 因而可用于铸造壁厚更薄、机械性能要求更高的大型薄壁铸件, 适用于大型复杂薄壁铸件的生产。与其他类型的反重力铸造技术相比, 调压铸造技术有三个重要特征和功能:一真空除气;二负压充型;三调压凝固[16,17]。

4 结语

随着制造科技的发展, 铸造技术正在向轻量化、薄壁化、复杂化、功能化的方向发展。精确铸造成形技术发展迅速, 日新月异。极端条件下的如大型、复杂、薄壁铸件的铸造是铸造技术发展的重要领域。为了获得性能更好的铸件, 以适应社会的发展, 还需要在铸造技术上进行创新, 开发更好更精良的铸造新技术。

参考文献

[1]中国科学技术协会, 中国机械工程学会.机械工程学科发展报告[M].北京:中国科学技术出版社, 2009.

[2]LI L, ZHOU J, DUSZCZYK J.Determination of a constitutive relationship for AZ31B magnesium alloy and validation through comparison between simulated and real extrusion[J].J.Mater.Process.Tech, 2005, 172 (3) :372-380.