加工鋁合金總變形? 看完就知道怎麼解決了

來自專欄 CNC數控UG編程

鋁合金是重要的工業原料。由於其硬度相對較小，熱膨脹係數較大，在薄壁、薄板類零件的機械加工中容易發生變形。

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，從加工工藝的角度，也可以採取一些手段，儘可能減少材料的加工變形。

對於加工餘量較大的鋁合金零件，為了創造較好的散熱條件，減少熱變形，必須盡量避免熱量過於集中，可以採取的方法就是對稱加工。

舉例來說，有一塊90mm厚的鋁合金板，需要將其銑削至60mm厚，如果銑好一面之後立即翻過來銑另一面，由於每個面都是一次加工到最後的尺寸，連續加工餘量較大，就會造成熱量集中的問題，這樣銑削好的鋁合金板平面度只能達到5毫米。如果採用兩面反覆進刀的對稱加工方法，使每個面都至少分兩次加工，直到達到最後的尺寸，這樣有利於散熱，平面度可以控制在0.3mm。

一、分層多次加工法

當鋁合金板類零件上有多個型腔需要加工時，如果採用一個型腔一個型腔依次加工的方法，就容易使型腔壁由於受力不均勻而纏上變形。最好的解決方法是採取分層多次加工法，即同時對所有型腔進行加工，但不是一次加工完成，而是分若干個層次，逐層加工到需要的尺寸。這樣零件受力會比較均勻，變形的幾率較小。

二、恰當選擇切削用量

選擇恰當的切削用量可以有效減少切削過程中的切削力和切削熱。機械加工過程中，切削用量偏大會導致一次走刀的切削力過大，極易造成零件的變形，而且對機床主軸剛性和刀具的耐用度都會造成影響。

在切削用量的各個要素中，對切削力影響最大的就是背吃刀量。按說減小背吃刀量有利於保證零件不變形，但同時又會降低加工效率。數控加工的高速銑削能夠解決這一問題，只需要在減小背吃刀量的同時，相應地增大進給量，並提高機床的轉速，就可以既降低切削力，又能夠保證加工效率。

三、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

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。

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。

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。

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

減少銑刀齒數，加大容屑空間。由於鋁合金材料塑性較大，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。

例如，Φ20mm以下的銑刀採用兩個刀齒；Φ30～Φ60mm的銑刀採用三個刀齒較好，以避免因切屑堵塞而引起薄壁鋁合金零件的變形。

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。

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。

四、走刀順序有講究

粗加工和精加工應該採用不同的走刀順序。粗加工要求以最快的切削速度，在最短的時間內切除毛坯表面的多餘材料，形成精加工所要求的幾何輪廓。因此強調的是加工效率，追求單位時間內的材料切除率，應該使用逆銑。

而精加工對加工精度和表面質量要求更高，強調加工質量，應該使用順銑。由於順銑時刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減為零，會大大減少加工硬化現象，並且對零件的變形也有一定程度的抑制作用。

五、薄壁件二次壓緊

在加工鋁合金薄壁件時，裝夾時的壓緊力也是產生變形的一個重要原因，這是即便提高加工精度也難以避免的。為了降低工件由於裝夾而產生的變形，可以在精加工達到最後尺寸之前，將壓緊的零件松一下，釋放壓緊力，使零件自由恢復到原狀，然後再重新輕微壓緊。

二次壓緊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，壓緊力大小以剛能夾住工件不發生鬆動為準，這對於操作人員的經驗和手感有較高的要求。這樣加工出的零件壓緊變形是較小的。

六、先鑽後銑加工法

在加工帶型腔的零件時，如果用銑刀直接向下扎入零件會因為銑刀的容屑空間不足而造成排屑不暢，從而導致零件積累大量的切削熱，並發生膨脹變形，甚至有可能造成崩刀、斷刀等事故。最好的方法是先鑽後銑，即先是用尺寸不小於銑刀的鑽頭鑽出刀孔，再用銑刀伸入刀孔開始銑削，這樣可以有效解決上面提到的問題。