铝合金材料的机械加工工艺分析

郭学彬

（山东诺维科轻量化装备有限公司，山东 龙口 265705）

铝合金产品是现代工业生产中比较常用的一种合金材料，该材料不仅仅具有较高的热电导率和抗腐蚀能力，还具备较强的物理力学性能，在现代工业中的应用范围越来越广，但是在运用过程中还存在一些问题，尤其是在焊接环节，经常出现裂缝。之所以出现这个问题，一方面是因为铝合金自身的化学活性比较强，容易形成氧化膜，具有难溶的特点，增加了焊接的难度，另一方面则是因为工作人员在施工过程中焊接方法以及工艺不达标，没有按照正确的施工顺序开展焊接工作。

1 铝合金材料特点

1.1 铝合金密度小

铝合金的密度非常小，其对应的密度为2.7克每立方厘米，而在同样的生产过程中，拥有广泛应用的钢密度为7.8克每立方厘米，所以铝合金的实际密度与钢比较只占1/3左右。

1.2 良好的力学性能

铝合金具有非常良好的力学性能，铝合金中添加了一定的强化元素，对于纯铝而言它具有更低的密度，并且更好的塑造性对于铝合金来说能够形成高强度的材料在使用过程中，相较于其他合金材料具有更加广泛的应用市场。

1.3 铝合金的耐腐蚀性能较强

铝合金的耐腐蚀性能可以通过一定的实验数据来表现。在一定的实验当中，铝合金长时间暴露在大气中能够及时在表面形成一种自我保护的氧化膜。该氧化膜对铝合金的表面起到了非常好的固定和保护作用，避免其在进一步氧化的同时，增强其耐腐蚀性能。

1.4 铝合金的导热性能良好

铝合金良好的导热性对于纯铝来说是不能企及的。在众多的金属元素之中，铝合金的导热性能非常强，并且可以广泛地应用于取暖器以及散热器的制造当中。

2 铝合金材料的机械加工工艺

2.1 做好焊接前的技术准备工作

在铝合金焊接工作开始之前，要做好焊接坡口两侧面的清理工作，采用科学的化学方法或者是机械手段，对氧化膜进行去除。首先是化学的清洗手段，在化学清洗中，主要使用的是碱或者是酸这种化学原料，不仅可以去除焊缝坡口两侧所覆盖的氧化膜，同时还能够去除油污，但是在清洗的时候需要严格控制这些化学原料的剂量。使用6%～10%的氢氧化钠溶液放入水温为70℃左右的热水中，然后将其浸泡5min。这一清洁工作完成之后，再次放入含有15%浓度硝酸的温水中，再次浸泡1min，然后再次清洁，最后完成氧化膜的清除工作。如果此时铝合金的表面呈现出来的颜色是银白色，并且没有任何光泽，就说明脱模工作已经达到相关的标准和要求。其次是机械手段，机械手段主要是指通过机械设备来完成脱模工作，常见的工具是风动或者电动铣刀，除此之外，还可以使用锉刀，或者是钢丝刷对氧化膜进行清除，在清洁工作完成之后必须马上进行焊接。

2.2 内应力的消除

在实际的生产当中，无论是铸造还是锻造的铝合金毛坯材料，都存在内应力的可能。在加工之前，通常应该加强对内应力的处理。在实际的分析当中，明确内应力在毛坯材料当中处于一种平衡状态，但是在机加工当中的切除一部分材料之后，原本的内应力平衡状态就被打破，在加工之后内部应力被打破且重新分布，产生形变的可能性。因此在切削加工之前应该机械能消除退火、人工、自然时效处理、锤击振动等方式，消除毛坯当中存在的内部应力，能减少后续切削加工当中由于内应力而导致的变形。另外，预加工的方式也是比较有效的处理应力的方式。对加工余量比较大的毛坯部件，由于加工当中切除量比较大，因此在加工之后变形的可能性也越来越大。对于这种现象，采用分步加工的方式，先取出毛坯大部分余量，之后放置一段时间之后，使用粗加工的方式，让内应力得到充分释放，然后再使用后续半精加工、精加工的方式来加工，逐步缩小加工余量可能存在应力破坏，不断提高精度，有效减少因为连续施工导致工件变形的可能性，避免了后续施工当中存在的加工变形的可能性。

2.3 铝合金材料粗加工

在铝合金材料加工过程中，工作人员需要合理选择加工基准，保障加工基准符合设计基准，在实际工作中需要提高铝合金材料的稳定性和可靠性。因为很难精准的控制铝合金零件加工尺寸进度和粗糙度，在机械加工过程中，工作人员需要加工处理复杂的材料。在粗加工阶段需要选用合理方法，保障铝合金材料的性能，不仅要高效利用铝合金材料，还要保障加工尺寸的精度。针对特殊形状，工作人员可以利用控制机床粗加工材料，利用冷却液冷却处理工件，保障加工进度。在粗加工阶段，需要适当的增加吃刀量，同时需要减少进给量，对于传热情况给予改善。

2.4 铝合金加工成形技术

（1）铝合金铸造。铸造技术是将铝合金熔化成熔体，在熔化过程中利用铝合金良好的填充性能及流动性能将铝合金浇铸到各式各样的模具当中，以制造出各种复杂的气密性载体或零件，如铸造出一些铝合金零件，支架箱体或轴轮的，可应用于交通等工业领域。

（2）轧压成形。铝合金的成形技术还包括扎压成形技术，轧制成形技术是依靠摩擦力而被拉进一个旋转的。空间中借助压力来使其横断面逐渐减小而形成形变厚度随着一定的压力增加或长度增加而产生的一种形变过程。根据产品的种类可以分为棒材货管材以及带材等，热轧则是在高温过程中利用杂质成形的一种状态，利用明显的降低耗能。同时提高生产效率来赢取良好的经济效益。在这样的过程中，可以使铝合金材料具有效率，高性能优良等特点，并且这样的方式可以用在易拉罐或汽车车身板的铸造当中，可以极大地提高产品的生产效率。

（3）挤压成形技术。铝合金的挤压成形技术是将定胚装入挤压筒中。通过轴承压力对金属施加的过程来确定形状和尺寸的模板，在产生塑性形变的过程当中，利用压力加工产生铝合金的不同形状。利用挤压成形技术不仅仅可以生产一些管状或棒状的铝合金产品，还可以利用断面等形状形成复杂的空心或实心材料，在不断的挤压过程中可以用于制备倒现货铝管材等物质，例如导电管以及暖水管等。

（4）3D打印。3D打印技术是近年来新兴的一种零件生产技术，利用金属零件的3D打印模式，建立三维图形数据模型，然后利用切片或软件等。对模型进行分层，从而得到各个轮廓和各个二维面的数据，随后利用高能激光束聚焦每一层的金属粉末扫描熔化这儿堆叠形成三维金属零件。在发展过程中与武器装备等模具制造行业中有非常广阔的应用前景。

2.5 高速切削技术

一般而言，在常规的切削速度范围内，温度会随着切削速度的增加而升高，当达到了一个阈值后则会在这个极限值后温度随着切削速度的增加而逐渐减小，具体的阈值以及温度变化将根据物质的性质而定。利用高速切削技术试将切削的速度从常规速度变为了常规速度的五至十倍，以每分钟一千五百米到五千米的速度进行切割能够有效地改善在铝合金零件在进行加工过程中呈现切削热和夹紧力的问题。

2.6 电流变技术

电流变技术也被称为ER技术，实现目前国内较为流行的一种新兴技术。理论上来讲，电流变技术是利用了一些特殊的、具有特殊性质的液体通过电铲的作用实现电流变效应的，工作人员有效的利用这种效应并配合电场的作用和液体的粘度，即可使液体在某一特定的范围中拥有固体的部分属性，也就具备了一定的抗剪切性能。这个过程十分的容易控制，能够准确地对铝材料零部件实现定位以及安装，呈现了较高的精准度，同时减少了铝材料在进行切割过程中变形的可能性。

3 铝合金在各行各业中的应用

3.1 铝合金在航天领域中的应用

铝合金在航天领域的应用十分的广泛。例如 ：2014号由于其高强度的抗压和抗高温，所以在航天航空材料的制作上一般被使用于制作火箭的第一级燃料槽以及部分火箭的零部件 ；2048和2124都被用来制作航天器的结构部件；2218则用来使用在飞机的发动机以及柴油发动机活塞这部 ；2219由于其能够承受的外部温度跨度性很广，在零下270°~300°这个范围，拥有十分良好的焊接性，在T8状态还呈现出了十分优良的抗应力腐蚀开裂能力，所以在航天航空中通常被利用作为火箭中放置氧化剂的槽口中，在超音速飞机的结构制作中承担了蒙皮材料和部分零部件的使用 ；5052号铝合金材料不仅具有良好的可塑性，同时还具备一定的加工性能，能够方便后期的处理、加工，改变其原有的性能，并且还具有良好的抗腐蚀性以及一定的静态强度，在航天航空中通常被用来制造飞机的油箱，运输燃油的管道等 ；7072具有较强的可塑性，能够被压缩成为极薄的铝箔，通常与其他牌号的铝合金共同使用，包裹在其外面有助于加强其他铝合金材料的各项性能。

3.2 电子领域

在电子领域发展过程中，随着现代科技技术的智能化发展，铝合金有着充分发展的潜能，铝合金的广泛应用是借助于其导电性的特点。铝合金的坚固性以及方便着色性和耐热性以及散热性等特点，得以在手机以及一些移动电源中广泛被应用，既减轻了电子行业的金属使用负担，还促进了铝合金行业的进一步发展。

3.3 交通行业

铝合金作为一种性能优良的轻质材料在我国的汽车发展制造业中成为材料的首选，并且在铸造过程中铝合金多数用于制造发动机以及轮胎轴承等零件，可以大大的减轻汽车的重量，并且铝合金对减重效果非常明显，还能够促进汽车的节能减排发展。

3.4 建筑行业

建筑行业多利用铝合金材料来进行门窗设计。在足够的耐腐蚀性和高强度抗压性的基础上，选取铝合金来进行装饰，可以使得房屋建筑过程中的门框等装饰部件形成高强度高抗压性的组成部分。

4 结语

当前，我国迅速发展的汽车产业对合金材料提出了新的要求，由于高强铝合金主具有加工性能较好、便于焊接、强度较高以及密度较低等优点，其在汽车、领域中获得较为广泛的应用。但随着汽车材料的不断更新，开发耐热性、稳定性、高强、高韧的 Al-Zn-Mg-Cu 系合金材料是今后一段时间内主要发展方向。关于高强高韧铝合金材料的研究，主要集中于以下几个方面：首先，对传统铝合金生产技术的改进和完善，并不断开发新型喷射制备工艺，通过选择合理、科学、先进的工艺参数、制备工艺，结合高纯度合金，获取质量更高的铸件组织，从而获得抗疲劳强度、韧性较高的合金产品。其次，对 Sc、Zr、Ag 等微量元素，在Al-Zn-Mg-Cu 系合金产品中存在形式、作用机理的进行了研究，建议通过多元化合金化的形式，实现沉淀强化的目的，以提升合金耐蚀性、强度水平和韧性水平。