鋁，你要控制你自己

通俗的說，夾具就是六個點（3+2+1：三點定面、兩點定線、一點固定），而機加工需要解決變形。常見的鋁零件加工變形的原因很多，與材質、零件形狀、生產條件等都有關係。主要有幾個方面：毛坯內應力引起的變形，切削力、切削熱引起的變形，夾緊力引起的變形。

減少鋁加工變形的工藝措施

1、降低毛坯內應力

採用自然或人工時效以及振動處理，均可部分消除毛坯的內應力。預先加工也是行之有效的工藝方法。對較大的毛坯，由於餘量大，故加工後變形也大。若預先加工掉毛坯的多餘部分，縮小各部分的餘量，不僅可以減少以後工序的加工變形，而且預先加工後放置一段時間，還可以釋放一部分內應力。

例如圖1所示為大梁零件，毛坯形狀如圖雙點劃線所示重60kg，而零件僅重3kg。若按圖中虛線所示一次性加工成形，平面度誤差可高達14mm，若按圖中實線進行預加工，自然時效一段時間後再加工成形為所需要的零件，則平面度誤差可以減小到3mm。

圖2為某型號穿蓋器零件，局部最小厚度僅為3mm，加工前的毛坯厚度為20mm。可以上加工中心用壓板換壓的方法將零件直接加工到尺寸，但是從工作台上取下來時，零件底部兩端會向上翹起，造成尺寸嚴重超差甚至報廢。

所以在加工之前，先在毛坯上開一個應力釋放槽，如圖3實線位置所示，再從工作台上取下，自然時效1～2h，讓變形盡量在此時全部發生。之後，增加一個鉗工校平工序將零件校平，則零件在後續加工中變形量會大幅度地降低。

2、改善刀具的切削能力

刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響，正確選擇刀具，對減少零件加工變形至關重要。

（1）合理選擇刀具幾何參數

①前角：在保持刀刃強度的條件下，前角適當選擇大一些，一方面可以磨出鋒利的刃口，另外可以減少切削變形，使排屑順利，進而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。

②后角：后角大小對後刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時，由於進給量大，切削負荷重，發熱量大，要求刀具散熱條件好，因此，后角應選擇小一些。精銑時，要求刃口鋒利，減輕後刀面與加工表面的摩擦，減小彈性變形，因此，后角應選擇大一些。

③螺旋角：為使銑削平穩，降低銑削力，螺旋角應儘可能選擇大一些。

④主偏角：適當減小主偏角可以改善散熱條件，使加工區的平均溫度下降。

（2）改善刀具結構。

①減少銑刀齒數，加大容屑空間。由於鋁件材料塑性較大，加工中切削變形較大，需要較大的容屑空間，因此容屑槽底半徑應該較大、銑刀齒數較少為好。

②精磨刀齒。刀齒切削刃部的粗糙度值要小於Ra=0.4um。在使用新刀之前，應該用細油石在刀齒前、後面輕輕磨幾下，以消除刃磨刀齒時殘留的毛刺及輕微的鋸齒紋。這樣，不但可以降低切削熱而且切削變形也比較小。

③嚴格控制刀具的磨損標準。刀具磨損後，工件表面粗糙度值增加，切削溫度上升，工件變形隨之增加。因此，除選用耐磨性好的刀具材料外，刀具磨損標準不應該大於0.2mm，否則容易產生積屑瘤。切削時，工件的溫度一般不要超過100℃，以防止變形。

3、改善工件的裝夾方法

對於剛性較差的薄壁鋁件工件，可以採用以下的裝夾方法，以減少變形：

（1）對於薄壁襯套類零件，如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊，加工後一旦鬆開，工件必然發生變形。此時，應該利用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內孔定位，自製一個帶螺紋的穿心軸，套入零件的內孔，其上用一個蓋板壓緊端面再用螺帽背緊。加工外圓時就可避免夾緊變形，從而得到滿意的加工精度。

（2）對薄壁薄板工件進行加工時，最好選用真空吸盤，以獲得分布均勻的夾緊力，再以較小的切削用量來加工，可以很好地防止工件變形。

（3）使用填塞法。為增加薄壁工件的工藝剛性，可在工件內部填充介質，以減少裝夾和切削過程中工件達變形。例如，向工件內灌入含3%～6%硝酸鉀的尿素熔融物，加工以後，將工件浸入水或酒精中，就可以將該填充物溶解倒出。

4、合理安排工序

高速切削時，由於加工餘量大以及斷續切削，因此銑削過程往往產生振動，影響加工精度和表面粗糙度。所以，數控高速切削加工工藝過程一般可分為：粗加工-半精加工-清角加工-精加工等工序。對於精度要求高的零件，有時需要進行二次半精加工，然後再進行精加工。粗加工之後，零件可以自然冷卻，消除粗加工產生的內應力，減小變形。粗加工之後留下的餘量應大於變形量，一般為1～2mm。精加工時，零件精加工表面要保持均勻的加工餘量，一般以0.2～0.5mm為宜，使刀具在加工過程中處於平穩的狀態，可以大大減少切削變形，獲得良好的表面加工質量，保證產品的精度。

避免鋁變形的6種操作方法

除了改善刀具性能以及預先採用時效處理消除材料的內應力之外，在實際操作中，使用恰當的操作方法可以有效避免材料的加工變形。

一、對稱加工法

對於加工餘量大的零件，為使其在加工過程中有比較好的散熱條件，避免熱量集中，加工時，宜採用對稱加工。如有一塊90mm厚的板料需要加工到60mm，若銑好一面後立即銑削另一面，一次加工到最後尺寸，則平面度達5mm;若採用反覆進刀對稱加工，每一面分兩次加工到最後尺寸，可保證平面度達到0.3mm。

二、分層多次加工法

如果板材零件上有多個型腔，如下圖所示。加工時，不宜採用一個型腔一個型腔的次序加工方法，這樣容易造成零件受力不均勻而產生變形。採用分層多次加工，每一層盡量同時加工到所有的型腔，然後再加工下一個層次，使零件均勻受力，減小變形。

三、恰當選擇切削用量

通過改變切削用量來減少切削力、切削熱。在切削用量的三要素中，背吃刀量對切削力的影響很大。如果加工餘量太大，一次走刀的切削力太大，不僅會使零件變形，而且還會影響機床主軸剛性、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量，又會使生產效率大打折扣。不過，在數控加工中都是高速銑削，可以克服這一難題。在減少背吃刀量的同時，只要相應地增大進給，提高機床的轉速，就可以降低切削力，同時保證加工效率。

四、走刀順序要講究

粗加工和精加工應該採用不同的走刀順序。粗加工強調的是提高加工效率，追求單位時間內的切除率，一般可採用逆銑。即以最快的速度、最短的時間切除毛坯表面的多餘材料，基本形成精加工所要求的幾何輪廓。而精加工所強調的是高精度高質量，宜採用順銑。因為順銑時刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減至零，加工硬化程度大為減輕，同時減輕零件的變形程度。

五、薄壁件二次壓緊

薄壁工件在加工時由於裝夾產生變形，即使精加工也是難以避免的。為使工件變形減小到最低限度，可以在精加工即將達到最後尺寸之前，把壓緊件松一下，使工件自由恢復到原狀，然後再輕微壓緊，以剛能夾住工件為準，這樣可以獲得理想的加工效果。總之，夾緊力的作用點最好在支承面上，夾緊力應作用在工件剛性好的方向，在保證工件不鬆動的前提下，夾緊力越小越好。

六、先鑽後銑加工法

在加工帶型腔零件時，加工型腔時盡量不要讓銑刀像鑽頭似的直接向下扎入零件，導致銑刀容屑空間不夠，排屑不順暢，造成零件過熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現象。要先用與銑刀同尺寸或大一號的鑽頭鑽下刀孔，再用銑刀銑削。或者，可以用CAM軟體生產螺旋下刀程序。

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