2A12合金薄壁零件機(jī)械加工方法探討

楊繼紅　楊小軍　于魯萍

摘 要：2A12是可熱處理強(qiáng)化鋁合金，廣泛應(yīng)用于航空航天行業(yè)制品中。在2A12合金薄壁零件機(jī)械加工過(guò)程中，保證加工精度的關(guān)鍵是解決好零件變形問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)影響該類零件機(jī)械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機(jī)械加工變形的措施，結(jié)合加工過(guò)程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工方法。

關(guān)鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機(jī)械加工方法

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進(jìn)行熱處理的強(qiáng)化鋁合金，經(jīng)人工時(shí)效、自然時(shí)效或者固溶熱處理后其強(qiáng)度較高。它具有良好的機(jī)械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業(yè)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。薄壁結(jié)構(gòu)件的加工變形問(wèn)題，涉及力學(xué)、工程材料、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是零件機(jī)械加工工藝中的瓶頸問(wèn)題之一。本文通過(guò)對(duì)影響2A12合金薄壁零件機(jī)械加工變形因素的分析，結(jié)合典型零件的加工方法，闡述了機(jī)械加工過(guò)程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機(jī)械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產(chǎn)生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設(shè)備等均有關(guān)系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學(xué)性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學(xué)性能中，對(duì)切削變形影響最大的是塑性。一般來(lái)說(shuō)，工件材料的塑性越小，強(qiáng)度越高，則變形系數(shù)越小[1]；切削速度對(duì)切削變形的影響通過(guò)積屑瘤來(lái)作用；刀具前角增大，切削變形減?。坏都鈭A弧半徑越大，變形系數(shù)越小。圖1列出了影響薄壁零件機(jī)械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國(guó)內(nèi)航空航天行業(yè)上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標(biāo)準(zhǔn)是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學(xué)性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學(xué)性能，若選用較厚的材料，抗拉強(qiáng)度σb與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp0.2就較為相近，但是伸長(zhǎng)率δ的比較，前者遠(yuǎn)比后者小，也就是說(shuō)鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長(zhǎng)率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設(shè)計(jì)圖紙塑性要求的基礎(chǔ)上，要盡量不選用T4狀態(tài)的板材，而應(yīng)選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關(guān)于組織結(jié)合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說(shuō)關(guān)于力學(xué)性能，橫向的要高于縱向的，例如：實(shí)驗(yàn)證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強(qiáng)度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機(jī)械加工的過(guò)程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發(fā)揮，纖維方向在機(jī)械加工之初（下料時(shí)）就要注意了，加工零件時(shí)要沿纖維方向，減少加工過(guò)程中發(fā)生的變形，提高其加工精度。關(guān)于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態(tài)的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺(tái)方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時(shí)小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會(huì)發(fā)生變形，切削過(guò)程中易出現(xiàn)“過(guò)切”或“欠切”現(xiàn)象；薄壁零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對(duì)于框架類零件時(shí)薄壁結(jié)構(gòu)的，可以使用壓板裝夾，應(yīng)該采用多點(diǎn)壓緊并且分布均勻、對(duì)稱，壓板要壓在零件的實(shí)體位置。裝夾時(shí)利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進(jìn)行銑成，在做最后一次的加工之前，應(yīng)松開(kāi)被夾緊的零件，重新分布內(nèi)應(yīng)力，再夾緊，最后進(jìn)行精加工；夾緊力也不要過(guò)大，應(yīng)在確保切削力不能夠使零件產(chǎn)生位移的基礎(chǔ)上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機(jī)床上檢測(cè)零件平面度合格，可是松開(kāi)鉗口后，平面度便會(huì)超差。

3 結(jié)語(yǔ)

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是航空航天結(jié)構(gòu)件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工過(guò)程中，變形的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，應(yīng)該在實(shí)踐中了解并掌握切削變形的規(guī)律，通過(guò)采用有效方法，控制零件的加工過(guò)程，使加工過(guò)程始終處于一個(gè)良好的狀態(tài)，確保零件的表面質(zhì)量和加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃鶴汀，吳善元.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5] 何平.數(shù)控加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可熱處理強(qiáng)化鋁合金，廣泛應(yīng)用于航空航天行業(yè)制品中。在2A12合金薄壁零件機(jī)械加工過(guò)程中，保證加工精度的關(guān)鍵是解決好零件變形問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)影響該類零件機(jī)械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機(jī)械加工變形的措施，結(jié)合加工過(guò)程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工方法。

關(guān)鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機(jī)械加工方法

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進(jìn)行熱處理的強(qiáng)化鋁合金，經(jīng)人工時(shí)效、自然時(shí)效或者固溶熱處理后其強(qiáng)度較高。它具有良好的機(jī)械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業(yè)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。薄壁結(jié)構(gòu)件的加工變形問(wèn)題，涉及力學(xué)、工程材料、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是零件機(jī)械加工工藝中的瓶頸問(wèn)題之一。本文通過(guò)對(duì)影響2A12合金薄壁零件機(jī)械加工變形因素的分析，結(jié)合典型零件的加工方法，闡述了機(jī)械加工過(guò)程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機(jī)械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產(chǎn)生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設(shè)備等均有關(guān)系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學(xué)性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學(xué)性能中，對(duì)切削變形影響最大的是塑性。一般來(lái)說(shuō)，工件材料的塑性越小，強(qiáng)度越高，則變形系數(shù)越小[1]；切削速度對(duì)切削變形的影響通過(guò)積屑瘤來(lái)作用；刀具前角增大，切削變形減??；刀尖圓弧半徑越大，變形系數(shù)越小。圖1列出了影響薄壁零件機(jī)械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國(guó)內(nèi)航空航天行業(yè)上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標(biāo)準(zhǔn)是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學(xué)性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學(xué)性能，若選用較厚的材料，抗拉強(qiáng)度σb與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp0.2就較為相近，但是伸長(zhǎng)率δ的比較，前者遠(yuǎn)比后者小，也就是說(shuō)鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長(zhǎng)率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設(shè)計(jì)圖紙塑性要求的基礎(chǔ)上，要盡量不選用T4狀態(tài)的板材，而應(yīng)選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關(guān)于組織結(jié)合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說(shuō)關(guān)于力學(xué)性能，橫向的要高于縱向的，例如：實(shí)驗(yàn)證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強(qiáng)度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機(jī)械加工的過(guò)程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發(fā)揮，纖維方向在機(jī)械加工之初（下料時(shí)）就要注意了，加工零件時(shí)要沿纖維方向，減少加工過(guò)程中發(fā)生的變形，提高其加工精度。關(guān)于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態(tài)的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺(tái)方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時(shí)小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會(huì)發(fā)生變形，切削過(guò)程中易出現(xiàn)“過(guò)切”或“欠切”現(xiàn)象；薄壁零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對(duì)于框架類零件時(shí)薄壁結(jié)構(gòu)的，可以使用壓板裝夾，應(yīng)該采用多點(diǎn)壓緊并且分布均勻、對(duì)稱，壓板要壓在零件的實(shí)體位置。裝夾時(shí)利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進(jìn)行銑成，在做最后一次的加工之前，應(yīng)松開(kāi)被夾緊的零件，重新分布內(nèi)應(yīng)力，再夾緊，最后進(jìn)行精加工；夾緊力也不要過(guò)大，應(yīng)在確保切削力不能夠使零件產(chǎn)生位移的基礎(chǔ)上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機(jī)床上檢測(cè)零件平面度合格，可是松開(kāi)鉗口后，平面度便會(huì)超差。

3 結(jié)語(yǔ)

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是航空航天結(jié)構(gòu)件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工過(guò)程中，變形的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，應(yīng)該在實(shí)踐中了解并掌握切削變形的規(guī)律，通過(guò)采用有效方法，控制零件的加工過(guò)程，使加工過(guò)程始終處于一個(gè)良好的狀態(tài)，確保零件的表面質(zhì)量和加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃鶴汀，吳善元.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5] 何平.數(shù)控加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.endprint

摘 要：2A12是可熱處理強(qiáng)化鋁合金，廣泛應(yīng)用于航空航天行業(yè)制品中。在2A12合金薄壁零件機(jī)械加工過(guò)程中，保證加工精度的關(guān)鍵是解決好零件變形問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)影響該類零件機(jī)械加工變形因素的分析，介紹了“材料的選擇、材料纖維方向的選擇、增加零件抗扭剛度、裝夾方式的選擇”等減少薄壁零件機(jī)械加工變形的措施，結(jié)合加工過(guò)程中遇到的典型零件變形情況，論述了幾種2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工方法。

關(guān)鍵詞：2A12合金薄壁零件 變形 機(jī)械加工方法

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（c）-0010-02

2A12是一種可進(jìn)行熱處理的強(qiáng)化鋁合金，經(jīng)人工時(shí)效、自然時(shí)效或者固溶熱處理后其強(qiáng)度較高。它具有良好的機(jī)械加工性能和塑性成型能力，因可以獲得不同類型的制品，所以在航空航天行業(yè)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。薄壁結(jié)構(gòu)件的加工變形問(wèn)題，涉及力學(xué)、工程材料、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是零件機(jī)械加工工藝中的瓶頸問(wèn)題之一。本文通過(guò)對(duì)影響2A12合金薄壁零件機(jī)械加工變形因素的分析，結(jié)合典型零件的加工方法，闡述了機(jī)械加工過(guò)程中幾種減少該類零件變形的措施。

1 影響薄壁零件機(jī)械加工變形的因素

薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2 mm的零件。2A12合金薄壁零件加工變形產(chǎn)生的原因很多，與材料、零件的幾何形狀、加工方法、加工設(shè)備等均有關(guān)系。其中影響零件切削變形的主要因素有工件材料的力學(xué)性能、切削用量、刀具幾何角度。在工件材料的力學(xué)性能中，對(duì)切削變形影響最大的是塑性。一般來(lái)說(shuō)，工件材料的塑性越小，強(qiáng)度越高，則變形系數(shù)越小[1]；切削速度對(duì)切削變形的影響通過(guò)積屑瘤來(lái)作用；刀具前角增大，切削變形減??；刀尖圓弧半徑越大，變形系數(shù)越小。圖1列出了影響薄壁零件機(jī)械加工變形的各種因素。

2 減少薄壁零件變形的措施

2.1 材料的選擇

在國(guó)內(nèi)航空航天行業(yè)上，2A12合金以板材和型材用量較多，常用材料標(biāo)準(zhǔn)是“鋁及鋁合金軋制板材GB/T3880-1997”和“鋁及鋁合金熱擠壓矩形棒材 Q/Q601-1996”，其室溫力學(xué)性能如表1所示。在表1中比較2A12鋁帶板的力學(xué)性能，若選用較厚的材料，抗拉強(qiáng)度σb與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp0.2就較為相近，但是伸長(zhǎng)率δ的比較，前者遠(yuǎn)比后者小，也就是說(shuō)鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997的伸長(zhǎng)率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁棒2A12 T4 Q/Q601-1996的。所以鋁合金零件的材料厚度若大于10 mm，在符合設(shè)計(jì)圖紙塑性要求的基礎(chǔ)上，要盡量不選用T4狀態(tài)的板材，而應(yīng)選擇鋁板2A12 H112 GB/T3880-1997加工成型。

2.2 纖維方向的選擇

若材料的纖維方向較明顯，關(guān)于組織結(jié)合力，沿纖維方向（橫向）的比垂直于纖維方向（縱向）的高，所以說(shuō)關(guān)于力學(xué)性能，橫向的要高于縱向的，例如：實(shí)驗(yàn)證明，鋁棒2A12 T4 50×150 Q/Q601-1996材料的抗拉強(qiáng)度其橫向高出縱向約20 MPa。因此，在機(jī)械加工的過(guò)程中，要使材料“纖維方向”的作用獲得充分發(fā)揮，纖維方向在機(jī)械加工之初（下料時(shí)）就要注意了，加工零件時(shí)要沿纖維方向，減少加工過(guò)程中發(fā)生的變形，提高其加工精度。關(guān)于2A12合金薄壁零件，要想減少零件的加工變形，要使用棒材代替板材作為材料加工。如圖2零件A，選用的棒材能夠用相同狀態(tài)的材料加工成型，使材料的纖維方向和零件的凸臺(tái)方向相一致，零件變形要比使用鋁帶板加工時(shí)小很多。

2.4 裝夾方式的選擇

室溫下，2A12合金的彈性模量約為70 MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會(huì)發(fā)生變形，切削過(guò)程中易出現(xiàn)“過(guò)切”或“欠切”現(xiàn)象；薄壁零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身剛度差也是引起裝夾變形的重要原因。

對(duì)于框架類零件時(shí)薄壁結(jié)構(gòu)的，可以使用壓板裝夾，應(yīng)該采用多點(diǎn)壓緊并且分布均勻、對(duì)稱，壓板要壓在零件的實(shí)體位置。裝夾時(shí)利用平口鉗，若要求被加工面的形位精度要很高，可分2～3次進(jìn)行銑成，在做最后一次的加工之前，應(yīng)松開(kāi)被夾緊的零件，重新分布內(nèi)應(yīng)力，再夾緊，最后進(jìn)行精加工；夾緊力也不要過(guò)大，應(yīng)在確保切削力不能夠使零件產(chǎn)生位移的基礎(chǔ)上，采用的夾緊力要盡量小。如圖4零件C，圖紙要求其底面（朝上）的平面度是0.03 mm，選用這種裝夾方法，分為2～3次裝夾加工零件；若一次裝夾銑成型，則在機(jī)床上檢測(cè)零件平面度合格，可是松開(kāi)鉗口后，平面度便會(huì)超差。

3 結(jié)語(yǔ)

2A12合金薄壁零件具有重量輕、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是航空航天結(jié)構(gòu)件中不可缺少的重要組成部分。在2A12合金薄壁零件的機(jī)械加工過(guò)程中，變形的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，應(yīng)該在實(shí)踐中了解并掌握切削變形的規(guī)律，通過(guò)采用有效方法，控制零件的加工過(guò)程，使加工過(guò)程始終處于一個(gè)良好的狀態(tài)，確保零件的表面質(zhì)量和加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃鶴汀，吳善元.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 梁志明，丘侃，陸耀洪.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3] 張玉璽.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 王榮興.加工中心培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5] 何平.數(shù)控加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.endprint