薄板件切削加工控制变形的工艺措施

周丹 成振华

摘 要：薄板在汽车、船舶、家用电器、工程机械等领域都有应用，但特殊厚度的薄板由于其在产品中批量小，且多数表层需要镀层来将电磁屏蔽掉，定制费用较高，也很难通过铸造等整体成型方法来加工，一般都用铣削成型的工艺法进行加工，但是铣削加工法对材料耗费大，薄板在加工过程中的变形问题较为突出，这就要重视薄板件切削加工控制变形的工艺措施的研究。笔者根据自身相关从业经验并结合广泛的社会实践调查研究，就薄板件切削加工控制变形的工艺措施展开了相关探讨，望能提供借鉴。

关键词：薄板件切削;变形控制;应力变形;工艺措施;探讨

薄板件在满足加工需求的同时，控制其厚薄度，进而有效控制其重量。但因为薄板件批量比较小且种类繁多，其工艺措施是非常复杂的。利用铣削加工变形过程中，其刀具应该要选用立铣削刀，工艺中利用钢板以及轧制铝板作为工件材料。薄板件要对其厚度及加工范围进行有效控制，一般要求加工后的厚度为1mm，加工范围应该在200mm×200mm。用来加工的材料去除量非常大，厚度相对较薄，在加工过程中可能造成变形，如果不采取有效措施来控制变形，则很有可能造成薄板件质量不能达到需求。

1 薄板件变形过程的相关分析

薄板件平面铣削过程中造成其变形的原因有热变形和应力变形。现在一般用来加工的薄板件材料都是铝材以及铜材，这些材料属于有色金属，且在平面铣削过程中的剩余量不是很多，所以热变形并不是造成薄板件平面变形最重要的原因。根据对薄板件平面铣削加工实际来看，在其切削过程中和铣削刀具和工件相互挤压产生了很大的摩擦力，这个摩擦力是造成其变形的主要因素。观察切削加工中的变形，可以知道其变形是呈上拱形的，且一般薄板件平面切削变形主要表现为三个区域的变形，本文是讨论薄板件切削加工控制表面的变形问题，所以笔者主要讨论第三变形区，并就第三变形区来说明薄板件切削加工的变形相关原理。

一般薄板件切削加工的刀具的刃口是呈一定幅度的，且其工件的铣削层会有一部分金属薄片，这造成在加工过程中不能沿着剪切面的方向移动，进而变成切屑。只能在接触点和薄板件切削层分离开来，且在加工过程中很可能比刀具的刃口挤压，刀具挤压口留在了薄板件平面上。除此之外，在切削加工中的刀具在开始切削后，可能造成薄板件切削平面出现后角。而已加工表面的弹性很快就会恢复，并且有一定高度，使刀具刀面和工件之间会在一定高度内发生接触，而切削刀具和加工工件间形成的区域，称为第三变形区。在第三变形区区域内的工件，已经加工的薄板件平面会受到切削刀具后刀面的挤压和摩擦，让薄板件切削平面的表面伸展形成了一定的应力，如果因为工件让薄板件材料不能抵消变形力，就很有可能会造成上拱变形。

2 控制变形的工艺方法研究分析

根据上述关于薄板件切削加工变形的相关分析，可以知道在薄板件切削加工过程中会存在变形，而有效的应对措施有利于控制薄板件变形，有利于最大程度上的减少变形的发生，进而保证薄板件切削加工质量。

2.1 要科学合理选择材料状态与材料纹向

薄板件切削加工材料的選择非常重要，科学合理的选择薄板件加工材料，有利于有效控制薄板件切削加工中的变形，保证薄板件切削加工质量。一般薄板件切削加工选用的材料都为铝板以及轧制板，轧制板本身在加工过程中就会收到供应状态的影响。而轧制板的供应状态一般有R态以及CZ态，而R态的材料因为其自身就具备很强大的轧制残余应力，这类材料很容易造成薄板件切削加工中发生变形。因此在进行薄板件切削加工材料时，要尽可能的避开选择R状态材料而选择CZ态材料，这有利于根据材料的刚性，进而控制其在加工中的变形。另外，薄板件切削加工材料的纹向选择至关重要。薄板件切削加工材料的纹向和加工刀具的进给方向会影响零件的变形。材料顺纹向的延伸率是比垂直纹向的延伸率更大。如果零件大尺寸方向是顺纹向，再通过薄板件切削加工后因为其加工表面会受到刀具的挤压和摩擦拉伸。

2.2 有效利用反应原理进行反复翻面铣削

薄板件切削加工中要善于利用反应原理对薄板件切削面进行反复翻面铣削，进而有效控制薄板件切削加工中的变形。一般如果所需零件和原材料的厚度比较接近时，对薄板件铣削一面，会产生比较大的变形，不利于薄板件切削加工中的变形控制。且由于已加工的薄板件切削面比对应面出现的拉长是呈不同程度的上供变形的，所以要在薄板件切削面利用相对合适的切削量进行加工，虽然还是会有一定幅度的表面扩张，但是有利于有效减少甚至规避变形发生。科学合理的薄板件切削加工方法，有利于让薄板件在加工一面后，把已加工面向垫铁工件贴紧，进而让工件的材料的全长夹紧在虎钳里，在对工件进行敲打，这有利于将薄板件切削加工中的变形控制在可接受范围之内。要科学合理的选择薄板件切削材料，控制好切削的量，然后松开虎钳，则薄板件加工的两面都会因为反应变的作用力而形成相对平行的状态。薄板件切削加工过程中，不管是处于加工的粗铣阶段还是相对精细铣阶段，都要重视利用反应原理对薄板件进行反复铣削。

2.3 重视薄板件切削加工过程中的退火

要最大限度的减小薄板件切削加工的变形，要把薄板件切削加工中的铣削过程分为粗铣、半精铣以及精铣三个重要阶段。在薄板件进行粗铣削后，因为其铣削的效率比较高，所以可能造成原材料组织被破坏，进而形成较大的内应力以及变形幅度，所以要对经过粗铣削阶段的薄板件进行退火，这有利于材料恢复原有材料弹性，进而有效控制应力，保证后续加工效益。一般薄板件的铝合金材料的退火温度宜控制在100℃。对生产周期相对较长的薄板件，在经过粗铣削阶段后，可以将薄板件放置几天，这有利于其内应力自然释放，然后在进行后续加工。通常半精铣削和精铣削要区分开来，不能一次就装夹完成要拆卸后重新装夹，这有利于薄板件切削加工中的变形控制。

2.4 重视人工校正变形

薄板件切削加工过程中，有的加工材料或是经粗加工后的材料会发生一定变形，这个可以充分发挥人工校正变形作用。首先，对于相对较小的薄板件，可以利用直尺进行检查其平面凹凸的状况，可以把薄板件凹平面垫在有胶布的垫铁上，然后利用木榔头进行敲击，这过程中要重视力度的控制。一般零件会受力恢复，然后会反弹，但是比进行人工校正前，大有好转。对于那些还没有经过加工程序就发生比较大变形的薄板件，单纯利用人工校正是不够的，可以借助压力机进行有效校正，但是在校正过程中必须要选择科学合理的支点以及受力点。对于那些经过精加工后的零件变形情况，也可以利用压力机进行变形校正，但是需要有经验的工人进行操作。一般人工校正变形可以有效校正薄板件切削加工中的变形，但是人工校正对操作工的要求较高，其要求校正操作工有较高的专业素质，且具备一定的经验。另外，人工校正是适合较少的薄板件切削加工，不适合批量生产。

2.5 可以选用模具实施热校平

一般人工校正是在室内温度下对薄板件切削加工中的变形进行校正的，但实际上有的薄板件切削加工中的变形抗力也非常大，即使进行人工校正，也很难让其恢复平整度。热校平主要是指把需要校平的材料加热到金属能够再次结晶温度以下的相对适宜的温度，这过程中因为材料变形抗力会随着温度的不断升高而下降，所以只要施加很小的外力，则让板材料内部的各层的纤维组织达到一致，就可以达到校平的目的。另外，如果材料的组织未发生改变，材料的机械性能不会大幅度降低，薄板件切削加工质量能有效保证。热校平的工艺实施过程中可以把很多个薄板件叠加，然后将其装入模具，然后让上压力机加压到平直，让薄板件切削加工中的变形得到有效控制。选用热校平工艺进行变形校正时，要注意科学合理的装夹模具，让模具材料屈服极限比薄板件热校平的抗力较高，只有施加比较大的校平压力，则模具的结构可以让薄板件的平面贴紧，对于有腔体的零件模具，校平面可以制成和零件平面凹凸相对。其次，要注意控制热校平的温度。热校平温度是金属再结晶温度之下的某一温度，一般热校平温度愈高，薄板件的平面度就愈高，但是薄板件材料的抗拉强度会降低，所以热校平温度要综合考虑平整度和材料拉抗强度两者的平衡性。

3 结语

总之，薄板件切削加工中的变形问题，可以采取有效措对变形进行有效控制或规避。要根据薄板件切削加工中实际变形情况选择相应的措施应对。如果碰到变形控制特别困难的零件，要重视优化其结构设计，以确保薄板件切削加工质量。

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