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          鋁合金模鍛件的高速切削加工

          2020年04月09日14:15
          來源:
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          隨著加工制造業的飛速發展,鋁合金高速切削成為企業的首選。一直以來,高速切削往往局限于鋁板類毛料,由于鋁合金模鍛件余量不均勻經常會導致高速加工切削不連續,繼而形成斷續切削,對刀具磨損十分嚴重,同時會引起刀具折斷從而打傷零件的現象。由于航空類鋁合金零件生產中模鍛件仍然是設計的首選毛料,為保證數控加工產能翻倍的目標,此類零件采用高速銑切加工勢在必行。本文將以某機零件加工方案為例分析論證模鍛件高速銑加工的可行性。


          零件介紹
          該零件為某機翼內骨架的重要組成部分,在機翼內起龍骨的作用,是重要受力件。該零件材料牌號狀態為7B04 T74,外廓尺寸為2430mm×236mm×42mm ;零件上有2 個φ 12H9 工藝孔用于加工及裝配時定位;腹板厚度為3~5mm,腹板上有10 個φ 76~116大小不等的通孔;緣條厚度尺寸為4.5mm ;整個零件中間13 根(厚度為3mm)加強筋。零件實樣如圖1 所示。

          零件工藝性分析
          零件材料屬于高強度超硬形變鋁合金,為Al-Zn-Mg-Cu 系合金,是一種可熱處理強化的鋁合金。它具有比強度高、斷裂韌性好、工藝性能優良等特點,其相應的化學成分( 重量百分比) 為:5.7%Zn,2.3%Mg,1.43%Cu,0.2%Cr。其加熱模鍛的工藝特點是塑性較差、流動性差、粘附性大、模鍛不易成形;并且對變形速度和變形程度十分敏感,隨著變形速度的增加而急劇下降;鍛造溫度范圍窄,始、終鍛溫度要求嚴格[1]。

          鍛件經過淬火及人工時效處理后σ b = 450~540MPa ;由于金屬晶體間的各向異性,鍛造過程中由于各部分冷熱收縮不均勻以及金相組織轉變的體積變化,使毛坯內部產生了相當大的內應力。毛坯內應力暫時處于相對平衡狀態,切削去除一些表面材料后就打破了這種平衡,內應力重新分布,此時加工后的零件就明顯地發生變形。

          內應力指的是當外部的載荷去除后,仍殘存在工件內部的應力。內應力因金屬內部宏觀的或微觀的組織發生了不均勻的體積變化而產生,其外界因素就來自熱加工和冷加工。具有內應力的零件處于一種不穩定的狀態,它內部組織有強烈的傾向要恢復到一個穩定的沒有內應力的狀態,即使常溫下零件也不斷地進行這種變化,直到內應力消失為止。

          殘余應力是指受工藝過程的影響,在沒有外力作用的情況下,在零件內部所殘余的應力彼此保持平衡,零件切削加工后各部分殘余應力分布不均勻,使零件發生變形,影響零件的形狀和尺寸精度[2]。其產生的原因可分為3 種情況:

          這種殘余應力是零件在加工過程中最常出現的。當施加外載時,若零件的一部分區域發生不均勻塑性變形,卸載后該部分就產生殘余應力;同時,由于殘余應力必須在整個零件內達到自相平衡,致使零件中不發生塑性變形的那一部分區域也產生殘余應力。

          零件在熱加工過程中常出現這種殘余應力,這種殘余應力是由于零件在熱加工中的不均勻塑性變形與不均勻的體積變化而產生的。這種殘余應力是由于從零件表面向內部擴展的化學或物理的變化而產生的,金屬材料的化學熱處理、電鍍、噴涂等加工均屬此例。

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