2A12合金薄壁零件机械加工方法探讨

杨继红　杨小军　于鲁萍

摘 要：2A12是可热处理强化铝合金，广泛应用于航空航天行业制品中。在2A12合金薄壁零件机械加工过程中，保证加工精度的关键是解决好零件变形问题。本文通过对影响该类零件机械加工变形因素的分析，介绍了“材料的选择、材料纤维方向的选择、增加零件抗扭刚度、装夹方式的选择”等减少薄壁零件机械加工变形的措施，结合加工过程中遇到的典型零件变形情况，论述了几种2A12合金薄壁零件的机械加工方法。

关键词：2A12合金薄壁零件 变形 机械加工方法

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一种可进行热处理的强化铝合金，经人工时效、自然时效或者固溶热处理后其强度较高。它具有良好的机械加工性能和塑性成型能力，因可以获得不同类型的制品，所以在航空航天行业结构件中应用广泛。薄壁结构件的加工变形问题，涉及力学、工程材料、机械制造等多个学科领域，是零件机械加工工艺中的瓶颈问题之一。本文通过对影响2A12合金薄壁零件机械加工变形因素的分析，结合典型零件的加工方法，阐述了机械加工过程中几种减少该类零件变形的措施。

1 影响薄壁零件机械加工变形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工变形产生的原因很多，与材料、零件的几何形状、加工方法、加工设备等均有关系。其中影响零件切削变形的主要因素有工件材料的力学性能、切削用量、刀具几何角度。在工件材料的力学性能中，对切削变形影响最大的是塑性。一般来说，工件材料的塑性越小，强度越高，则变形系数越小[1]；切削速度对切削变形的影响通过积屑瘤来作用；刀具前角增大，切削变形减小；刀尖圆弧半径越大，变形系数越小。图1列出了影响薄壁零件机械加工变形的各种因素。

2 减少薄壁零件变形的措施

2.1 材料的选择

在国内航空航天行业上，2A12合金以板材和型材用量较多，常用材料标准是“铝及铝合金轧制板材GB/T3880-1997”和“铝及铝合金热挤压矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室温力学性能如表1所示。在表1中比较2A12铝带板的力学性能，若选用较厚的材料，抗拉强度σb与规定非比例伸长应力σp0.2就较为相近，但是伸长率δ的比较，前者远比后者小，也就是说铝板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸长率是远远小于铝棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以铝合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合设计图纸塑性要求的基础上，要尽量不选用T4状态的板材，而应选择铝板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纤维方向的选择

若材料的纤维方向较明显，关于组织结合力，沿纤维方向（横向）的比垂直于纤维方向（纵向）的高，所以说关于力学性能，横向的要高于纵向的，例如：实验证明，铝棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉强度其横向高出纵向约20 MPa。因此，在机械加工的过程中，要使材料“纤维方向”的作用获得充分发挥，纤维方向在机械加工之初（下料时）就要注意了，加工零件时要沿纤维方向，减少加工过程中发生的变形，提高其加工精度。关于2A12合金薄壁零件，要想减少零件的加工变形，要使用棒材代替板材作为材料加工。如图2零件A，选用的棒材能够用相同状态的材料加工成型，使材料的纤维方向和零件的凸台方向相一致，零件变形要比使用铝带板加工时小很多。

2.4 装夹方式的选择

室温下，2A12合金的弹性模量约为70 MPa，约为钢的1/3，在装夹力的作用下零件会发生变形，切削过程中易出现“过切”或“欠切”现象；薄壁零件结构复杂、自身刚度差也是引起装夹变形的重要原因。

对于框架类零件时薄壁结构的，可以使用压板装夹，应该采用多点压紧并且分布均匀、对称，压板要压在零件的实体位置。装夹时利用平口钳，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次进行铣成，在做最后一次的加工之前，应松开被夹紧的零件，重新分布内应力，再夹紧，最后进行精加工；夹紧力也不要过大，应在确保切削力不能够使零件产生位移的基础上，采用的夹紧力要尽量小。如图4零件C，图纸要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，选用这种装夹方法，分为2～3次装夹加工零件；若一次装夹铣成型，则在机床上检测零件平面度合格，可是松开钳口后，平面度便会超差。

3 结语

2A12合金薄壁零件具有重量轻、比强度高等特点，是航空航天结构件中不可缺少的重要组成部分。在2A12合金薄壁零件的机械加工过程中，变形的产生几乎是不可避免的，应该在实践中了解并掌握切削变形的规律，通过采用有效方法，控制零件的加工过程，使加工过程始终处于一个良好的状态，确保零件的表面质量和加工精度。

参考文献

[1] 黄鹤汀，吴善元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陆耀洪.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 张玉玺.机械制造基础[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4] 王荣兴.加工中心培训教程[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5] 何平.数控加工中心操作与编程实训教程[M].北京：国防工业出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可热处理强化铝合金，广泛应用于航空航天行业制品中。在2A12合金薄壁零件机械加工过程中，保证加工精度的关键是解决好零件变形问题。本文通过对影响该类零件机械加工变形因素的分析，介绍了“材料的选择、材料纤维方向的选择、增加零件抗扭刚度、装夹方式的选择”等减少薄壁零件机械加工变形的措施，结合加工过程中遇到的典型零件变形情况，论述了几种2A12合金薄壁零件的机械加工方法。

关键词：2A12合金薄壁零件 变形 机械加工方法

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一种可进行热处理的强化铝合金，经人工时效、自然时效或者固溶热处理后其强度较高。它具有良好的机械加工性能和塑性成型能力，因可以获得不同类型的制品，所以在航空航天行业结构件中应用广泛。薄壁结构件的加工变形问题，涉及力学、工程材料、机械制造等多个学科领域，是零件机械加工工艺中的瓶颈问题之一。本文通过对影响2A12合金薄壁零件机械加工变形因素的分析，结合典型零件的加工方法，阐述了机械加工过程中几种减少该类零件变形的措施。

1 影响薄壁零件机械加工变形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工变形产生的原因很多，与材料、零件的几何形状、加工方法、加工设备等均有关系。其中影响零件切削变形的主要因素有工件材料的力学性能、切削用量、刀具几何角度。在工件材料的力学性能中，对切削变形影响最大的是塑性。一般来说，工件材料的塑性越小，强度越高，则变形系数越小[1]；切削速度对切削变形的影响通过积屑瘤来作用；刀具前角增大，切削变形减小；刀尖圆弧半径越大，变形系数越小。图1列出了影响薄壁零件机械加工变形的各种因素。

2 减少薄壁零件变形的措施

2.1 材料的选择

在国内航空航天行业上，2A12合金以板材和型材用量较多，常用材料标准是“铝及铝合金轧制板材GB/T3880-1997”和“铝及铝合金热挤压矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室温力学性能如表1所示。在表1中比较2A12铝带板的力学性能，若选用较厚的材料，抗拉强度σb与规定非比例伸长应力σp0.2就较为相近，但是伸长率δ的比较，前者远比后者小，也就是说铝板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸长率是远远小于铝棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以铝合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合设计图纸塑性要求的基础上，要尽量不选用T4状态的板材，而应选择铝板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纤维方向的选择

若材料的纤维方向较明显，关于组织结合力，沿纤维方向（横向）的比垂直于纤维方向（纵向）的高，所以说关于力学性能，横向的要高于纵向的，例如：实验证明，铝棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉强度其横向高出纵向约20 MPa。因此，在机械加工的过程中，要使材料“纤维方向”的作用获得充分发挥，纤维方向在机械加工之初（下料时）就要注意了，加工零件时要沿纤维方向，减少加工过程中发生的变形，提高其加工精度。关于2A12合金薄壁零件，要想减少零件的加工变形，要使用棒材代替板材作为材料加工。如图2零件A，选用的棒材能够用相同状态的材料加工成型，使材料的纤维方向和零件的凸台方向相一致，零件变形要比使用铝带板加工时小很多。

2.4 装夹方式的选择

室温下，2A12合金的弹性模量约为70 MPa，约为钢的1/3，在装夹力的作用下零件会发生变形，切削过程中易出现“过切”或“欠切”现象；薄壁零件结构复杂、自身刚度差也是引起装夹变形的重要原因。

对于框架类零件时薄壁结构的，可以使用压板装夹，应该采用多点压紧并且分布均匀、对称，压板要压在零件的实体位置。装夹时利用平口钳，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次进行铣成，在做最后一次的加工之前，应松开被夹紧的零件，重新分布内应力，再夹紧，最后进行精加工；夹紧力也不要过大，应在确保切削力不能够使零件产生位移的基础上，采用的夹紧力要尽量小。如图4零件C，图纸要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，选用这种装夹方法，分为2～3次装夹加工零件；若一次装夹铣成型，则在机床上检测零件平面度合格，可是松开钳口后，平面度便会超差。

3 结语

2A12合金薄壁零件具有重量轻、比强度高等特点，是航空航天结构件中不可缺少的重要组成部分。在2A12合金薄壁零件的机械加工过程中，变形的产生几乎是不可避免的，应该在实践中了解并掌握切削变形的规律，通过采用有效方法，控制零件的加工过程，使加工过程始终处于一个良好的状态，确保零件的表面质量和加工精度。

参考文献

[1] 黄鹤汀，吴善元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陆耀洪.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 张玉玺.机械制造基础[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4] 王荣兴.加工中心培训教程[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5] 何平.数控加工中心操作与编程实训教程[M].北京：国防工业出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可热处理强化铝合金，广泛应用于航空航天行业制品中。在2A12合金薄壁零件机械加工过程中，保证加工精度的关键是解决好零件变形问题。本文通过对影响该类零件机械加工变形因素的分析，介绍了“材料的选择、材料纤维方向的选择、增加零件抗扭刚度、装夹方式的选择”等减少薄壁零件机械加工变形的措施，结合加工过程中遇到的典型零件变形情况，论述了几种2A12合金薄壁零件的机械加工方法。

关键词：2A12合金薄壁零件 变形 机械加工方法

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一种可进行热处理的强化铝合金，经人工时效、自然时效或者固溶热处理后其强度较高。它具有良好的机械加工性能和塑性成型能力，因可以获得不同类型的制品，所以在航空航天行业结构件中应用广泛。薄壁结构件的加工变形问题，涉及力学、工程材料、机械制造等多个学科领域，是零件机械加工工艺中的瓶颈问题之一。本文通过对影响2A12合金薄壁零件机械加工变形因素的分析，结合典型零件的加工方法，阐述了机械加工过程中几种减少该类零件变形的措施。

1 影响薄壁零件机械加工变形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工变形产生的原因很多，与材料、零件的几何形状、加工方法、加工设备等均有关系。其中影响零件切削变形的主要因素有工件材料的力学性能、切削用量、刀具几何角度。在工件材料的力学性能中，对切削变形影响最大的是塑性。一般来说，工件材料的塑性越小，强度越高，则变形系数越小[1]；切削速度对切削变形的影响通过积屑瘤来作用；刀具前角增大，切削变形减小；刀尖圆弧半径越大，变形系数越小。图1列出了影响薄壁零件机械加工变形的各种因素。

2 减少薄壁零件变形的措施

2.1 材料的选择

在国内航空航天行业上，2A12合金以板材和型材用量较多，常用材料标准是“铝及铝合金轧制板材GB/T3880-1997”和“铝及铝合金热挤压矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室温力学性能如表1所示。在表1中比较2A12铝带板的力学性能，若选用较厚的材料，抗拉强度σb与规定非比例伸长应力σp0.2就较为相近，但是伸长率δ的比较，前者远比后者小，也就是说铝板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸长率是远远小于铝棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以铝合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合设计图纸塑性要求的基础上，要尽量不选用T4状态的板材，而应选择铝板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纤维方向的选择

若材料的纤维方向较明显，关于组织结合力，沿纤维方向（横向）的比垂直于纤维方向（纵向）的高，所以说关于力学性能，横向的要高于纵向的，例如：实验证明，铝棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉强度其横向高出纵向约20 MPa。因此，在机械加工的过程中，要使材料“纤维方向”的作用获得充分发挥，纤维方向在机械加工之初（下料时）就要注意了，加工零件时要沿纤维方向，减少加工过程中发生的变形，提高其加工精度。关于2A12合金薄壁零件，要想减少零件的加工变形，要使用棒材代替板材作为材料加工。如图2零件A，选用的棒材能够用相同状态的材料加工成型，使材料的纤维方向和零件的凸台方向相一致，零件变形要比使用铝带板加工时小很多。

2.4 装夹方式的选择

室温下，2A12合金的弹性模量约为70 MPa，约为钢的1/3，在装夹力的作用下零件会发生变形，切削过程中易出现“过切”或“欠切”现象；薄壁零件结构复杂、自身刚度差也是引起装夹变形的重要原因。

对于框架类零件时薄壁结构的，可以使用压板装夹，应该采用多点压紧并且分布均匀、对称，压板要压在零件的实体位置。装夹时利用平口钳，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次进行铣成，在做最后一次的加工之前，应松开被夹紧的零件，重新分布内应力，再夹紧，最后进行精加工；夹紧力也不要过大，应在确保切削力不能够使零件产生位移的基础上，采用的夹紧力要尽量小。如图4零件C，图纸要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，选用这种装夹方法，分为2～3次装夹加工零件；若一次装夹铣成型，则在机床上检测零件平面度合格，可是松开钳口后，平面度便会超差。

3 结语

2A12合金薄壁零件具有重量轻、比强度高等特点，是航空航天结构件中不可缺少的重要组成部分。在2A12合金薄壁零件的机械加工过程中，变形的产生几乎是不可避免的，应该在实践中了解并掌握切削变形的规律，通过采用有效方法，控制零件的加工过程，使加工过程始终处于一个良好的状态，确保零件的表面质量和加工精度。

参考文献

[1] 黄鹤汀，吴善元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陆耀洪.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 张玉玺.机械制造基础[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4] 王荣兴.加工中心培训教程[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5] 何平.数控加工中心操作与编程实训教程[M].北京：国防工业出版社，2010.endprint