航天铝合金薄壁零件高效加工工艺研究

姚勇

摘要：随着我国社会经济的飞速发展，我国的科技水平也有了很大的进步，随之而迅速崛起的是制造业，包括航天制造领域也进入到了一个新阶段。如今航天产品对科技以及制造工艺的要求在不断的上涨，需求量也在不断的上升。所以，加快航天制造企业的制造效率迫在眉睫，这就意味着航天制造企业需要不断的提高工艺水平，使用高质量材料来进行航天产品的制造。而铝合金因其各方面的优异性能成为目前航天制造业的热门材料。本文将针对航天制造中铝合金薄壁零件高效加工工艺展开探讨。

关键词：航天制造；铝合金；薄壁零件；高效加工；工艺

一、高效加工工艺的概念

在航天产品零件制造中，最常用的一种材料就是铝合金，而高强度的铝合金材料更是越来越受航空制造企业的欢迎。相比于普通的铝合金，高强度的铝合金材料在自身性能和生产过程中的工艺应用方面都有明显的优势。这种易切削的铝合金材料，更加适合高效加工工艺的制造手段，因为高效加工工艺的实质就是高速加工技术和切削工艺优化的相结合。在实际的加工过程中，高效加工工艺具有高材料去除率和短时间单件加工的特性，并且高水平的切削工艺可以保证铝合金薄壁零件的各项参数的精度，从而保证薄壁零件的质量。

二、铝合金薄壁零件加工难点

（一）铝合金材料性能缺陷

一般的铝合金是由纯铝添加金属铜、硅、镁、锌等物质加工制造而成，这种合成的金属相比于纯铝而言，金属的结构性能更好，可塑性更强。所以，在工业制造的大多数场合，铝合金都扮演了重要的角色。由于铝合金具有良好的延展性和抗拉强度，密度低却强度高，导热性佳的优点，使得铝合金比较适合切削工艺，尤其是高速切削。但是，在加工过程中，铝合金材料也存在一些缺陷，例如硬度低、塑性低，在实际的加工过程中容易发生变形造成产品缺陷。

（二）铝合金薄壁零件加工变形问题

虽然铝合金的切削工艺优势众多，但是在其加工过程中，受自身物理特性和外界环境变化的影响非常明显，例如在加工过程中铝合金会膨胀变形，所以在进行切削前一定要对铝合金预热处理或冷处理。基于铝合金的切削属性，在对铝合金薄壁零件进行切削时一定要注意以下4个问题：

1、在以往的零件加工过程中可以发现，工件装夹方式对零件的切削效果有很大的影响。因为铝合金的刚性不足，若装夹的夹紧力过大，会导致零件变形，而且这种概率很大。若装夹的夹紧力过小，又无法夹紧零件，会导致零件在加工过程中位置发生偏移，所以这也是薄壁铝合金零件加工的一个难点。

2、薄壁零件的加工过程中很可能会因为切削力而产生变形。因为在刀具的持续作用下，零件会因为刀具的震动而发生位移，当刀具再次切削时，刀具切下的实际位置其实并不是原本设定好的切削位置，这就会因切削力使零件发生变形或者零件的尺寸不合格。

3、铝合金的切削过程会因为切削温度过高而产生黏刀的现象。铝合金的融点较低，在铝合金薄壁零件的切削中，由于摩擦产生的热量会使铝合金表面融化，融化的铝合金会粘黏在刀具上，致使刀具无法切削工件，从而影响薄壁零件的切削效果。

4、铝合金薄壁零件的切削过程会因为刀具角度、切削应力、残余应力等因素产生一定程度的震动，而铝合金自身的抗震性能并不能够抗衡这种震动，所以必然会导致铝合金薄壁零件的变形，使得铝合金薄壁零件会出现参数不合格的情况。

三、铝合金薄壁零件高效加工工艺措施

（一）提高粗加工的生产效率

铝合金薄壁金属零件的加工需要经过粗加工和精加工的不同阶段，粗加工的目的就是提高工作效率，快速去除多余的材料，所以在粗加工环节，可以采用适当的大功率进行高效切削，并且可以将薄壁部位和其他部位同时粗加工。只要注意在进行薄壁部位粗加工时需要留够多余的量，以防止在粗加工过程中因速度过快或者力度过大而使铝合金薄壁发生变形。为防止粗加工过程中薄壁零件发生变形，其走刀方式不应使用平行式，而应该采用环绕走刀式，实践证明环绕走刀式可以有效的降低刀具接触薄壁部位时对薄壁发生撞击变形。另外，在刀具的选取上要注意高强度原则。

（二）铝合金高低温时效去应力的方法

在铝合金薄壁零件加工中，会经常涉及到高低温时效去应力的方法。该技术的应用主要是应对铝合金加工中产品在经过粗加工和精加工之后变形的现象。该方法的主要优点在于去除应力完全，确保产品结构稳定，非常适用于薄壁铝合金零件。该技术方案主要通过以下方式来实现。首先将高温炉提前预热至140℃-160℃，再将铝合金产品放置高温炉内，保温3-4小时。然后再将低温炉提前预冷至-60℃—-80℃，再将铝合金产品从高温炉快速转移至低温炉，保温3-4小时。最后将这两个步骤重复2-4次即完成对铝合金零件的高低温时效去应力。

（三）精加工优化方法

结合目前铝合金薄壁零件加工系统的实际情况，可以通过精加工优化的方式实现高效加工，主要可以从以下几个方面入手：

1、精加工的加工方式十分重要，想要实现高效生产，主要是在保证质量的前提下提高加工的速度，而铝合金的切削工艺占生产加工的很大比例，所以加快切削的有效手段之一便是优化刀具的走刀轨迹。其次机床结构要有足够的动、静态特性和热态特性。对于提供机床动力的电动机要功率充足，能够满足机床主轴提供大转矩与高转速的需求，以保证加工机床的高速切削。

2、为避免工件加工过程中发生变形或者工件位置偏移，可以在原本的装夹基础上，优化夹装定位方式，具体操作可以增加辅助装夹工具或者采用挤压方式，这样便可以保证铝合金薄壁零件在加工中不会发生位置偏移，也可很大程度地降低薄壁零件变形的概率。

3、加强铝合金薄壁零件的冷却处理工艺，要检验好冷却使用的循环水是否正常，温度是否过高，如果一切正常，则可以通过降低铝温、调整压射状态、降低冲头速度等手法来提升工件的冷却处理工艺。另外，想要降低铝合金薄壁零件受热变形，可以尽量减少切削量，从整体上控制温度过高。

4、采用高速加工的切削方式。高速加工是一种新的加工理念，主要原理为通过减小吃刀量，实现高进给速度的方式。这种方式的优点在于，切削过程中产生的热量小，可以防止因热变形而导致产品不合格。同时，这种切削方式的切削力很小，可以防止因切削力导致产品震动及变形的情况，这种方式非常适用于薄壁铝合金的加工。

四、结语

在我国的各个制造业中包括机械制造、医疗事业以及化学工程中都会比较多地运用到铝合金材料。铝合金薄壁零件在航天航空制造中占有重要的一部分，铝合金制造工艺的水平会影响到航天产品的整体质量。而铝合金薄壁零件对加工工艺以及技术的要求较高，其中铝合金的切削工藝为薄壁零件质量的最重要影响因素，所以，在实际的航天铝合金薄壁零件制造中，要通过高效加工的方式改进生产质量，降低劳动强度和劳动量，节约材料资源，提高产品精度。

参考文献

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（作者单位：贵州群建精密机械有限公司）