铝合金薄壁件加工变形控制技术分析

郑海东，毕振东，李永成

[摘    要]随着当今机械制造工程行业的良好发展，铝合金薄壁件的生产和应用数量都实现了显著提升。而在铝合金薄壁件的具体加工制造中，变形控制是一项至关重要的内容。只有做好变形控制，才可以确保铝合金薄壁件的生产加工质量，满足其实际应用需求。基于此，对此类工件加工中的变形控制技术进行分析，以提高铝合金薄壁件的加工精度。

[关键词]铝合金;薄壁件;生产加工;变形控制技术

[中图分类号]TH16;TG166.3 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）02–00–03

Analysis on Deformation Control Technology of Aluminum Alloy Thin Wall Parts

Zheng Hai-dong，Bi Zhen-dong，Li Yong-cheng

[Abstract]With the good development of today's mechanical manufacturing engineering industry， the production and application of aluminum alloy thin-walled parts have been significantly improved. In the specific processing and manufacturing of aluminum alloy thin-walled parts， deformation control is a very important content. Only by controlling its deformation can we effectively ensure the production and processing quality of aluminum alloy thin-walled parts and meet its practical application needs. Based on this， this paper analyzes the deformation control technology in this kind of workpiece processing. It is hoped that this analysis can provide a good guarantee for the machining accuracy of aluminum alloy thin-walled parts.

[Keywords]aluminum alloy; thin wall part; production and processing; deformation control technology

通過数控铣削机床对铝合金薄壁件进行加工的过程中，工艺路径、铣削参数以及夹装方案都是加工变形问题的主要影响因素。因此，在具体的生产加工过程中，一定要根据实际情况，结合实际需求，对工艺路径、铣削参数以及夹装方案进行合理选择，这样才可以确保铝合金薄壁件的加工精度，为其良好制造和应用奠定坚实的技术基础。

1 铝合金薄壁件加工变形控制技术仿真分析

通过以往的相关资料研究以及试验分析发现，通过数控铣削机床对铝合金薄壁件进行生产加工的过程中，刀具对薄壁件所产生的切削力、切削热作用，薄壁件的夹装方式以及走刀路径，都是其加工变形的主要影响因素[1]。基于此，在具体的铝合金薄壁件生产加工中，应尽最大限度减小其加工变形量，确保铝合金薄壁件的加工精度。

1.1 工件基本情况与加工要求

本次所研究的是某薄壁铝合金合桁架工件的加工，该工件属于多型腔形式的薄壁件，其工件壁厚度均在1 mm以下。

在对该铝合金薄壁件进行生产加工的过程中，其主要的加工要求包括：①该工件中相互垂直的面共有四个，同一侧面上设有处在一条轴线上的孔;②加工中，B面上的φ48孔和D面上的φ48孔同轴度公差应得到良好控制（其直径为46 mm，同轴度是0.01 mm，与基准轴之间的公差是0.01 mm）;③加工中，C面上的φ44孔和E面上的φ38孔同轴公差应得到良好控制（其直径为29 mm，同轴度是0.01 mm，与基准轴之间的公差是0.01 mm）;④加工中，G面和F面之间的平面度公差应得到良好控制（本次需控制在0.01 mm以内）。具体控制中，同轴度公差控制只需要在数控机床参数设计中确保一次性装夹、铣削速度与进给量不变，以此来确保每次吃刀量一致即可;而在平面度公差控制中，则需要对其铣削力进行科学确定。

1.2 同轴度公差控制分析

加工中，为实现工件孔同轴度的良好控制，各个参数应满足以下的关系式：

Vf=fznz （1）

其中，Vf是进给速度，单位是mm/min;fz是铣削刀具每齿的进给量，单位是mm/齿;n是铣削刀具主轴转速，单位是r/min;z是铣削刀具齿数。对于主轴转速n，其计算公式如下：

（2）

其中，V代表铣削速度，单位是m/min;D代表刀具直径，单位是mm。

对于加工中的材料去除率，其计算公式如下：

η=apaeVf （3）

其中，η代表材料去除率，单位是mm3/min;ap代表铣削深度，单位是mm;ae代表铣削宽度，单位是mm。

通过这样的方式，便可对铣削刀具的进给速度和每齿进给量加以科学确定，让相应孔的同轴度公差得以良好控制，

1.3 铣削力计算分析

在对该铝合金薄壁件进行加工的过程中，主要选择的是高速钢圆柱铣削刀具，并按照以下公式来进行计算：

F=Cpap0.86fz0.72D-0.86B2Kp （4）

其中，F是铣削力，单位是N;Cp是高速钢铣削刀铣削过程中的工件材料和铣削刀类型系数;ap是铣削深度，单位是mm;fz是每齿进给量，单位是mm;D是铣削刀直径，单位是mm;B是铣削宽度，单位是mm;z代表铣削刀齿数量;Kp代表通过高速钢铣削到铣削加工中需要考虑的薄壁件机械性能修正系数[2]。本次铝合金薄壁件加工中的铣削刀参数情况见表1。

1.4 加工变形控制仿真分析

按照该铝合金薄壁件的实际尺寸及其特点，在对其进行加工的过程中，分别对各个加工步骤进行了夹具设计，尤其是进行精加工的过程中，更是对其分装夹具进行了科学设计。图2是该铝合金薄壁件精加工中的组合装夹结构示意图。

在粗加工完成之后，为实现该铝合金薄壁件整体刚度的进一步提升，特将精加工夹具进行了辅助支撑设置，并借助于气动夹头来实现多点装夹，这样便可使其加工变形情况得以良好控制[3]。

具体加工中，主要借助于ANSYS有限元分析軟件对其进行了受力状态的仿真模拟分析。表2是该铝合金薄壁件的最大加工变形情况。

上述加工变形量均可控制在本次加工中的最小精度允许误差范围之内。由此可知，在本次的铝合金薄壁件加工过程中，确定的各项加工工艺参数以及装夹方式都非常科学合理，既可以让该铝合金薄壁件的生产加工精度得以良好保障，又可以使其实际生产加工及其实际应用需求得以满足。

2 铝合金薄壁件加工中的变形控制技术措施分析

2.1 工艺路径的合理改善

为实现铝合金薄壁件实际加工精度要求，在对具有较高加工精度的铝合金薄壁件进行加工时，尤其是对切割量比较大的材料进行加工时，一定要通过粗加工和精加工结合的工艺路线来进行生产加工。粗加工过程中，切削用量以及装夹力值都应该比较大，这样才可以尽量将多余的材料去除，同时应根据实际情况做好余量预留。在完成了粗加工工艺之后，需要通过热处理的方式将铝合金材料加工中所形成的残余应力消除，然后再进行精加工，这样便可让铝合金薄壁件的加工精度得以进一步提升。精加工过程中，为实现加工精度的良好保障，一定要对铣削参数进行合理选择，让铣削力和铣削热对薄壁件的加工影响降至最低，以此来实现其加工品质的进一步提升[4]

2.2 铣削参数的合理选择

经进一步的试验与研究发现，相比较一般的铣削加工而言，在对铝合金薄壁件进行高速铣削加工的过程中，其主要的特征是铣削速度比较大，每齿进给量适中，切割深度较小，径向切割深度较大，也就是“快跑少切”[5]。基于此，具体加工中，可在其加工精度得以良好保障的基础上尽可能提升其加工效率。由此可见，在条件相同的情况下，为保障铝合金薄壁件加工精度和质量，应尽可能通过高速铣削加工的方式进行生产加工。

2.3 夹装方案的合理调整

在对铝合金薄壁件进行生产加工的过程中，制造企业和技术人员应该将薄壁件的具体结构特征作为依据，对其夹装方案进行合理选择。通过这样的方式，才可以让铝合金薄壁件在整个加工中的刚度得以有效提升，尽最大限度降低加工变形情况的发生几率，使其加工变形量被控制在合理范围之内[6]。

3 结束语

通过某铝合金薄壁件加工变形控制技术仿真的形式，对铝合金薄壁件生产加工过程中的变形控制技术应用进行分析。通过分析发现，在此项加工中，铣削力、铣削热、夹装方式以及走刀路径等都会对其加工变形产生一定程度的影响，如果不能对这些因素加以有效控制，便很可能导致铝合金薄壁件在加工中产生变相问题，进而对其加工精度造成不良影响，导致铝合金薄壁件质量降低甚至是报废情况发生。基于此，在具体的生产加工中，生产制造企业和相关的技术人员一定要明确其主要的加工变形影响因素，并根据铝合金薄壁件的实际情况，结合其加工要求，采取合理的技术措施来进行加工变形控制，包括工艺路线方面、铣削参数方面以及夹装方案方面。这样才可以在确保铝合金薄壁件加工效率的同时使其加工变形得以良好控制，满足其实际应用需求，促进机械精加工技术与现代化机械制造行业的良好发展。

参考文献

[1] 李锋.刍议铝合金薄壁件铣削加工精度控制[J].内燃机与配件，2021（16）：117-118.

[2] 岳彩旭，张俊涛，刘献礼，等.薄壁件铣削过程加工变形研究进展[J].航空学报，2021（25）：164.

[3] 王成龙.大型薄壁件数字化减薄加工方法与软件系统开发[D].大连：大连理工大学，2021.

[4] 王顶.铝合金薄壁构件侧铣加工变形及稳定性研究[D].成都：电子科技大学，2021.

[5] 巫成.航空铝合金铣削仿真及薄壁框件加工变形的研究[D].兰州：兰州理工大学，2021.

[6] 周旭阳.铝合金薄壁件加工过程变形控制[J].中国金属通报，2021（1）：219-220.