铝合金薄壁件加工变形控制
铝合金薄壁件加工变形控制技术研究
High & New Technology︱10︱2016年10期 铝合金薄壁件加工变形控制技术研究李善勇安徽方圆机电股份有限公司，安徽 蚌埠 233010摘要：在航天、电子等高精尖制造业发展的过程中，对铝合金薄壁件的性能要求非常高，但在铝合金薄壁件加工时会受到多种相互作用的因素影响产生变形，所以控制铝合金薄壁件加工变形的技术研究一直被高度关注，在此背景下，本文针对铝合金薄壁件加工变形控制技术展开研究，为相关制造企业提升铝合金薄壁件加工效果提供参考。
关键词：铝合金薄壁件；加工变形；控制变形中图分类号：TS912+.3 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0010-01前言 现阶段人们普遍将壳体件、环形件、平板件、轴类件等工业零件中，零件壁厚与内径率半径或轮廓尺寸的比值小于0.5的称为薄壁件，其一般具有刚度低、结构复杂、加工过程中易变形等特点，如果将变形的铝合金薄壁件应用于高精尖产品中，会直接影响其使用性能，甚至造成严重的安全事故，所以提升铝合金薄壁件加工变形控制技术具有重要的现实意义。
1 铝合金薄壁件加工变形控制技术的主要思路 在铝合金薄壁件加工的过程中，毛坯的形状、内应力，刀具的材料、刚度、磨损，装夹系统的定位精度、加紧位置和夹紧力，机床的耐度、控制精度，切削的温度、深度、进给量等条件，工件的材料、结构形状以及刀具半径、工作组织、加工顺序、随机因素等其他因素均可能会引起铝合金薄壁件的加工变形[1]。
现阶段人们已经认识到基于加工工艺系统整体刚性进行薄壁件加工对控制薄壁件加工变形的重要性，并在实际加工的过程中结合导致铝合金薄壁件加工变形的因素采用以下手段进行控制。
首先，对具体的加工机床和刀具进行优化，例如，日本提出从薄壁件两侧壁用双轴机床同时加工，我国提出的利用立铣刀从侧壁进行加工等，均具有控制薄壁件变形的效果。
其次，灵活的选用多种加工工艺控制变形，如在精加工完成后直接进行切光和手工打磨，可以达到优化走刀路径和刀具切削用量控制变形的效果，但此方法在应用的过程中会对加工效率产生影响[2]。
铝合金薄板焊接变形预防措施
2015-04-16
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金薄壁焊接结构因重量轻、耐腐蚀、
加工性能优异、易于连接而在高速列车车
体大量应用。但由于铝合金的热膨胀系数
大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，
严重影响结构的制造精度和使用性能。
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术。铝 合金搅拌摩擦焊接接头可以避免产生气孔 和凝固裂纹等熔化焊中的常见缺陷，焊接 变形小，接头强度高。由于搅拌摩擦焊在 轻金属连接中的优势，近年来成为工程研 究的焦点。
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 有人对1.4mm的LF21铝合金薄板进行搅拌摩 擦焊焊接实验，焊接强度达到母材的78-83 ％。有人对于lmm厚度6061-T6铝合金的搅 拌摩擦焊工艺展开相关研究，在优化焊 接工艺参数下，接头的抗拉强度可以达到 母材的103％。
三、铝合金薄板焊接变形预防措施
• 控制焊接变形，可在设计部件结构时就考 虑，如在保证结构有足够强度的前提下， 适当采用部分冲压结构来代替焊接结构， 以减少焊缝的数量和尺寸；尽量使焊缝对 称布置，以使焊接时产生均匀的变形，防 止弯曲变形。在生产实践中，控制变形的 措施主要有以下几种：
1.焊接顺序
• 对称焊接是用来克服或减小由于先焊的焊 缝在焊件刚性较小时造成的变形。先焊接 焊缝少的一侧，后焊接焊缝多的一侧，使 后焊缝的变形足以抵消前焊缝的变形，以 使总体变形减小。对于较长的焊缝，如果 采用连续的直线焊接，将会引起较大的变 形，这除了焊接方向因素之外，焊缝受到 长时间加热也是一个主要原因。
2.铝合金薄板的MIG焊
薄壁零件加工变形分析及控制方案
0引言薄壁零件在设备中的应用都是在核心部位，其质量以及性能的会关系到设备的应用效果。
再加上薄壁零件在加工制作的过程中需要对其外壁进行不断的打磨，以使其达到薄壁的要求，但这就导致了资源的浪费，这与我们现代社会提倡的“绿色生产”相违背。
为了相应这一号召，就必须对生产的工艺以及过程进行分析，探究新的技术，实现薄壁零件的最优生产。
1薄壁零件的介绍薄壁零件顾名思义就是零件的壁厚较薄，一般为轮廓尺寸的二十分之一。
最重要的是其有强度高、承载性强等优点，受到了很多行业的追捧。
在航天产品以及汽车制造工业中，其具体的特点有以下几点，一是结构复杂，在很多的大型产品中应用，为了减轻产品整体的重量，会增加很多的复杂设计，因此故意忽略了装夹定位，导致零件结构复杂。
二是壁薄，尤其是对于一些精密产品来说，需要零件的壁更薄，并且不适合集中粗放生产，这就相应的增加了零件的生产时间，进而使得提高了制造成本。
三是精准度高，薄壁零件要适应设备的制造的需求，就必须提高自身的精确度，为此从毛坯加工到成品需要多道工序，而且在加工的过程中极易出现变形的情况，甚至会导致零件报废。
这增加了制造企业的经济负担，延误了买家的使用也对零件生产企业的形象造成了破坏。
四是制作材料多，为了使用不同产品生产的需求，薄壁零件在加工的过程中会应用到多种材料，例如塑料、钛合金等等，不同的原材料对工业的需求也有差别。
2薄壁零件的加工变形原因2.1残余应力因素薄壁零件中的残余应力是有两个方面组成的，一部分是毛坯残余应力，另一部分是加工过程中的残余应力。
例如在钛合金加工的过程中需要加热使得材料软化，导致了残余应力的产生，应力的释放会造成零件的变形，进而影响零件的质量。
2.2工件装夹因素为了应对加工的过程中零件出现的位移现象，技术人员会利用工件装夹对零件进行固定。
但是工件装夹产生的力也会对零件生产的精准度造成一定的影响。
因此，技术人员在设定工件装夹是要将其松紧调整到最优的模式。
减少薄壁零件产生变形的主要措施
减少薄壁零件产生变形的主要措施薄壁零件在现代制造中可是常客，但说到它们的变形问题，那可真是让人头疼得像一颗老鼠在心里跑。
今天就聊聊，怎么才能有效减少这些变形，让咱的薄壁零件在工厂里乖乖待着，不再像个调皮的小孩。
1. 材料选择很重要1.1 材料性质说到材料，真是不能掉以轻心。
薄壁零件的材料就像是打比赛的运动员，得选对了，才能发挥出最佳状态。
通常，咱们得选那些强度高、韧性好的材料，比如某些铝合金或者高强度钢。
这样一来，就能减少在加工和使用过程中出现的变形情况。
毕竟，强者自有强者的道理嘛。
1.2 材料处理除了选择好材料，后续的处理工艺也不能马虎。
热处理、冷加工这些小细节，都是决定材料最终性能的大功臣。
比如，适当的热处理可以让材料内部的晶体结构更加稳定，变形的几率自然就降低了。
就像咱们吃饭一样，讲究的不是光有好菜，还得看怎么烹饪，才能把味道调到最佳。
2. 设计阶段得用心2.1 设计优化设计环节可是重中之重，咱们可不能草草了事。
薄壁零件的结构设计得合理，才能避免后续的变形问题。
要尽量让受力均匀，避免局部应力集中。
要是设计得不够合理，变形就跟过年一样，年年有余，没完没了。
2.2 加工余量加工余量也得考虑清楚，太少了会让零件受力不均，太多了又浪费材料。
就像做菜，要有点盐，但不能放太多，否则味道就变了。
我们可以在设计时就合理规划一下加工余量，这样才能做到既经济又实用。
3. 加工过程的细节把控3.1 加工工艺咱们进入加工环节，得注意工艺参数的设置。
比如，刀具的选择、切削速度、进给率等，这些都是影响零件加工质量的重要因素。
选择合适的切削工具，不仅可以提高加工效率，还能有效减少变形。
就像选对了鞋子，走路也能轻松许多。
3.2 夹具的使用夹具的使用更是不能忽视！好的夹具能牢牢把住零件，让它在加工过程中不乱跑。
就像是给小孩系好安全带，才能确保他乖乖待在座位上。
如果夹具设计得不合理，零件就容易在加工中发生变形，最后吃亏的可是咱自己。
探索薄壁铝合金零件在铣削加工中热变形与应力变形的控制
图 ２ 导热框架零件尺寸 通 过 改 进 传 统 的 加 工 方 法 ， 即在 加 工 过程中合理选择夹具 、刀具 、 切削液 、 削 铣
方 式 等 ， 减 小 切 削 力 ， 低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ夹 紧 力 ， 制 来 降 控 和 降 低 热 变 形 和 应 力 变 形 ，从 而 提 高产 品
一
２ ｒｍ ， 加 上 各面 之 间有 着较 高 形 位 公差 ５ ａ 再 【精度和表面粗糙度 ，可 见该零件在铣加 工
到表 面 粗 糙 度 的技 术 要 求 ， ．５ ｍ薄 壁 处 ０ ７ｒ ａ
也经常出现扭 曲变形现象 。 在加工１２ ｒｍ ．５ ａ
厚的内框面时 ， 由于采用移动压紧的方法 ， 夹紧力的影响不但使该平面厚度尺寸精 度 达 不 到 技 术 要 求 ，而 扭 曲变 形 现 象 更 为突
加 工 时 应 以 冷 却 为主 。 工 件 与 夹具 部 分 采 用 水 基 切 削 液 进 行 常 规 浇 注 冷 却 ， 为 克服 水 基 冷 却 液 的 不 足 ，切 削部 分 采 用 喷 雾 冷
却 。喷 雾 冷 却 的 降 温 效 果 要 优 于 单 相 切 削 液 。利 用 气 液 混 合流 体 喷 出时 体 积 骤 然 膨 胀 消 耗 内能 吸 收 热 量 ，单 位时 间 内能 带 走 大 量 的 热 量 ，可 比常 规 浇 注 冷 却 降 低 温 度 １ ～２ ℃ ，进 一步 增 强 了降 温 效 果 。 ０ ０
良好的效果 ，从而提高成品的合格率。
．
下面以某导热框架 （ 如图 １ 为例，对 ） 这一典型的薄壁铝合金零件的铣加工过程
槽铣刀在煤 油冷却 下进行加 工。虽然也分 粗、 精加工， 并配有较精密的止 口压撑板等
铝合金薄壁件加工变形控制技术研究
铝合金薄壁件加工 变形控制技术发展 趋势和展望
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要高精度和高稳定性的设备，导致制造成本较高。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要精确的工艺参数和操作技巧，对工人的技能水平要求较高。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要长时间的加工过程，导致生产效率较低。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要严格的质量检测和控制，对检测设备的精度和可靠性要求 较高。
技术方案和实施过程应用案例：介绍铝合金薄壁件加工变形控制技术在具体产品中的应用案例，如航空航天、汽 车、电子等领域，说明该技术的应用价值和广泛性。
提高了铝合金薄壁 件加工精度和表面 质量
减少了加工过程中 的材料浪费和废品 率
提高了生产效率和 加工周期，降低了 生产成本
为企业带来了显著 的经济效益和社会 效益
铝合金薄壁件加工 变形控制技术
进给量：优化进给量可以提 高加工精度和减小变形
切削速度：选择合适的切削 速度以减小加工变形
切削深度：合理选择切削深度， 避免过大的切削力导致工件变 形
刀具薄壁件装 夹方式对加工变 形的影响
优化装夹方式的 方法和原理
铝合金薄壁件加工 变形控制实验研究
铝合金薄壁件：材料为5A06铝合金，壁厚为1mm
实验设备：数控加工中心、切削液、夹具等
实验环境：温度20±5℃，湿度50±10%
实验步骤：加工前对铝合金薄壁件进行热处理和表面处理，采用合适的切削参数进行加工， 观察并记录加工变形情况
实验材料：铝 合金薄壁件
实验设备：加 工机床、测量
加大研发投入，持 续探索更有效的加 工变形控制技术。
加强产学研合作， 推动铝合金薄壁件 加工变形控制技术 的创新发展。
建立完善的加工变 形控制技术标准体 系，提升行业整体 水平。
铝合金薄壁件加工过程变形控制探讨
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院杨志军（1974-），男，湖南邵阳人，深圳大富科技股份有 限公司，本科，工学学士，机械工程师，高级技师。
大幅度的形变，造成薄壁件的质量不能符合要求，也影响 零件的标准尺寸。在对铝合金薄壁件加工时，往往会会出 现切割的热应力与抵抗力相互作用，如果参数设置的不够 合理，也会导致铝合金薄壁件出现变形。由于铝合金薄壁 件具有容易变形、刚性差等特征，在使用夹具时，如果夹紧 力与支撑力的作用点位等参数设置不当，就会产生附加作 用力，容易导致薄壁件变形，铝合金薄壁件的加工过程是 刀具与铝合金工件相互作用的过程，在加工中，刀具与铝 合金之间能够产生挤压、拉伸等现象，这种情况会造成铝 合金产生无法恢复的该塑性变形。
大型薄壁铝合金壳体数控加工变形模拟分析与控制(下)
的最终变形 。切削力要依据不 同的参 数设置其 数值 ，参 数不同导致壳体的变形也不相 同。主要 难点在切 削过 程 时分力的影响和刀具 与工件之 间的摩擦效应 ，变形 主要 针对产 品受力所产生 的变形在 弹塑性 变形 的临界 区内。
（ ）数控车削加 工的有 限元模拟 ２
在 Ｍ ｃＭａ ｓ． ｒ ｃ环
境下，采用热应力耦合分析对某该材料产品进行车削加
工模 拟 分 析 ，采 用 的 加 工 参 数 设 置 其 刀 尖 圆 角 为
／ ．ｍ ｔ ４ ｍ，进给速度为 ２５ ０ ｍ ｓ Ｏ ０ ｍ ／ ，背吃刀量为 ０ ３ ｍ， ．ｍ
对 于大余量的切削变形模拟分 析 ， 其适应性较差。
第三种方案 ：采用接触的模拟算法 ，通 过刀具刚体 与零件柔体的接触 间隙 （ ． ～０ ２ ｍ）来模拟切 削量 。 ０ １ ．ｒ ａ 如每次的背吃刀量 ，考虑摩擦 的影响 ，来模拟 由于接触
切削力所产 生 的累积 弹塑 性变 形 、加 工前 产 品的状 态
张
颖
王德跃
产生的力导致最终壳体在弹塑性临界 区范 围内的变形情
况。
第三种方案是采用接触间隙条件来模拟 每次材料的
去除率是 比较符合实 际的 ，也需 要考 虑材料 的弹塑性 。
但是这三种方案对于大余量的多次工步切 削加工 ， 适 其
余应力 ， 控制变形的作用 明显 。③切削加工 过程 中的工
序余量分配和工序组合 。由于加工过程 中存在加 工余 量 小 ，而所有的面均需要进行加工 ，各特征加工余量分 配 本身存在较大差异 ，从而对 导致 变形 的因素变得 复杂 ；
忽略了热变 形和残 余应 力 的影 响。第二 种 和第 三种方
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铝合金薄壁件加工变形控制
一、引言
铝合金薄壁件广泛应用于航空、汽车、电子等领域，因其具有轻量化、强度高、耐腐蚀等优点。
然而，在加工过程中，铝合金薄壁件容易发
生变形，影响其精度和性能。
因此，如何控制铝合金薄壁件加工变形
成为研究的重要方向。
二、铝合金薄壁件加工变形原因
1.材料本身的性质：铝合金具有低的弹性模量和高的热膨胀系数，容易受到温度变化和应力影响而发生变形。
2.加工方式：冲压、拉伸等加工方式会产生内部应力，导致铝合金薄壁件发生弯曲或扭曲。
3.模具设计：模具的设计不当会使得材料分布不均匀，导致局部过厚或过薄区域出现，从而引起变形。
三、铝合金薄壁件加工变形控制方法
1.材料选择：选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、减小冲压力度、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力，从而减少变形。
3.模具设计优化：合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
四、铝合金薄壁件加工变形控制实践
1.材料选择：选择抗拉强度高的6061-T6铝合金材料进行试验。
结果
表明，该材料相较于普通铝合金材料能够有效降低变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效减少内部应力和变形。
3.模具设计优化：采用增加支撑点、增加模具刚度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效避免过度变形。
五、结论
通过以上实践和研究，我们可以得出以下结论：
1.选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力和变形。
3.合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
六、展望
随着科技的不断进步，铝合金薄壁件加工变形控制的研究将会更加深入。
我们可以通过模拟分析、人工智能等方式来预测和控制铝合金薄
壁件的变形，从而进一步提高其精度和性能。