CN104233125A - 一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺。所述工艺采用毛坯进行淬火+时效固溶处理，改善材料的切削性能→采用粗加工后的再结晶时效热处理消除应力→半精加工后再进行时效热处理，进一步消除加工应力，保证加工零件内部应力完全释放→车削完工后最后一次稳定加工尺寸的低温热处理。实践表明，上述热处理工艺方法达到了消除零件加工变形、稳定了加工尺寸的目的，保证了零件尺寸精度及形位公差达到技术要求。

Description

一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺。

背景技术

实际生产中，薄壁铝合金管壳类的零件在机加工过程中和加工后经常产生变形,而又找不到有效的解决方法，造成零件报废。

薄壁铝合金管壳类的零件在机加工中存在以下难点：

（1）高温下组织易产生裂变。铝合金材料具有熔点低，激活能大，温度升高后塑性变大，高温高压下，切削时易产生粘刀现象，形成积屑瘤。

（2）切削时易变形。管壳零件毛坯为棒料加工成形，要加工成壁厚只有2mm的薄壁管壳，粗加工时加工余量大，组织应力分布不均，切削应力也大，尤其是加工曲面拐点时，由于切削热应力不能及时散发出去，造成应力集中释放，引起零件变形。

（3）零件在主切削力作用下变形。管壳零件壁薄、易变形，随着管壳零件加工余量的逐步去除，零件的刚度也越来越差，进行到半精加工时，在主切削力作用下，产生径向挤压力，每一次切削造成零件切削应力变形，使管壳零件产生椭圆变形，造成尺寸及形位公差超差，使零件报废。

（4）仅经过机械加工难消除加工应力。管壳零件经过粗加工→半精加工→精加工后，当零件放置一段时间或在环境温度或温度冲击试验的条件下，应力还将释放出来产生微量变形，造成零件报废。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺。所述工艺采用毛坯进行淬火+时效固溶处理，改善材料的切削性能→采用粗加工后的再结晶时效热处理消除应力→半精加工后再进行时效热处理，进一步消除加工应力，保证加工零件内部应力完全释放→车削完工后最后一次稳定加工尺寸的低温热处理。实践表明，上述热处理工艺方法达到了消除零件加工变形、稳定了加工尺寸的目的，保证了零件尺寸精度及形位公差达到技术要求。

铝合金属于轻合金，密度小，比强度高，比模量高，结构性能优异，其韧性、塑性较好，能进行淬火，时效处理时，针对管壳零件壁薄、尺寸精度高、几何公差要求严格的技术特点，本发明通过多次的加工实践，采用四阶段热处理工艺解决了薄壁铝合金材料管壳零件切削加工变形的问题。

一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺，包括以下工序：

毛坯的淬火和时效高温热处理：毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理；

粗加工后热处理：粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序；

半精加工后时效热处理：精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理；

精加工后进行低温热处理：精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理。

以下进行详细说明

（1）毛坯的淬火和时效高温热处理

管壳零件毛坯为棒料，而成品件为壁厚只有2mm的薄壁零件，大量的材料被掏空，切削时在高温高压下，材料组织易为退火状态。为了提高材料的强度，改善切削加工性能，对毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理，使铝合金的材料硬度达到150HBW以上，提高管壳零件加工性能。

（2）粗加工后热处理

管壳零件毛坯在进入粗加工阶段，加工余量大，刀具磨损快，此时零件内存储变形应力最大，组织不稳定，粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序，以消除粗加工应力，改善铝合金材料组织面心六方晶格系马氏体组织结构，提高管壳零件后续加工工序的切削加工性能，增加刀具的使用寿命，提高零件表面加工质量。

（3）半精加工后时效热处理

管壳零件经过粗加工后，此时零件的加工余量为1mm左右，进入到半精加工后，随着切削的进行，管壳零件内应力也随切削释放出来，造成零件变形，因此半精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理，进一步消除零件半精加工应力。

（4）精加工后进行低温热处理

管壳零件精加工完成后，此时内外尺寸及几何公差达到技术要求。但是，考虑到环境温度的变化影响到零件完工尺寸和几何公差产生微量变化，同时考虑到零件随产品要进行一系列温度冲击试验，因此应再进行一次热处理来稳定精加工后的完工尺寸。

本发明具有以下优点：毛坯进行淬火+时效固溶处理，改善材料的切削性能→采用粗加工后的再结晶时效热处理消除应力→半精加工后再进行时效热处理，进一步消除加工应力，保证加工零件内部应力完全释放→车削完工后最后一次稳定加工尺寸的低温热处理。实践表明，上述热处理工艺方法达到了消除零件加工变形、稳定了加工尺寸的目的，保证了零件尺寸精度及形位公差达到技术要求。另外，薄壁管壳零件消除变形的多次热处理方法，可以扩展到其他大型薄壁管状壳体类零件的加工，对于提高零件加工的尺寸精度及几何公差的稳定性，以及降低生产成本都有着重要的意义。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

管壳零件材料为超硬铝7A04-T6，长60mm，外圆尺寸46mm，尺寸公差0.039mm，壁厚2mm，管壳零件毛坯为锻造而成的棒料，车削成形。

超硬铝材料在淬火前，其强度、硬度较低，塑性较小，高温高压作用下造成粘刀现象，形成积屑瘤，会加速刀具磨损，在退火状态下不易获得小的表面粗糙度值，因此在毛坯时采用一次淬火热处理，以改善切削加工性能。初次加工时，采用温度为400℃盐浴炉加热0.5h，100℃下保温，采用YG643材料刀片，由于温度低，达不到超硬铝材料淬火的临界温度，且时间短，材料组织改善不明显，组织晶粒粗大。零件加工后，车削后的表面极似拉刀纹，由于组织软，加工时一把刀具使用仅50min就出现磨损，换刀次数频繁，车削成本太高，加上切屑不易脱落，在前刀面上堆积，产生积屑瘤，造成刀具崩刃，降低了零件表面加工质量。通过试验采用温度450℃左右

1h淬火+时效固溶热处理，用来消除超硬铝材料的内应力和组织不均匀及晶粒粗大等现象，提高了硬度，降低了韧性和塑性，改善了超硬铝材料的切削性能。同样采用YG643材料的刀片，实践证明刀具的寿命由原50min提高到180min，零件表面加工质量得到明显改善。

零件粗加工后，由于加工余量太大，此时零件应力释放最大，因此进行一次140℃的再结晶时效热处理，时间为16h，以便通过不连续再结晶造成细晶粒并改变晶粒形貌和组成相质分布，达到改善短横向的塑性和韧性的目的，改善了切削性能。管壳零件形状为曲面回转体，定位基准主要为孔、面，或外圆、面，在粗加工后，此时零件加工余量径向单边1.5mm，若一次径向单边加工1mm，当加工后，在零件两个斜度拐点及球体处，应力集中释放太快，零件产生变形。因此，通过半精加工循环一次，逐步消除加工应力，半精加工后再进行一次中间时效热处理，温度为120℃左右、时间为8h，使零件内部应力再一次得到释放。

半精加工后，零件内外曲面已形成，留给零件精加工余量为0.5mm（单边），由于管壳零件尺寸精度及形位公差要求高，加工时注意切削刀具吃刀量大而产生振动，因此分三次进给切削，其中精加工最后一次切削余量0.1mm（单边），同时选择合适的切削速度、机床转速，以消除刀具的热变形及机床振动，减小刀具的主切削力，提高零件表面加工质量，达到消除零件加工变形的目的。

零件完工后要随产品进行高低温冲击及振动试验，因此会影响到零件变形，使零件装到产品上而卸不下来，造成零件产生10%左右的废品率。经过摸索试验，精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理，用来稳定加工尺寸，防止管壳零件随环境温度变化而产生的形变，获得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。

实施例二

管壳零件材料为超硬铝7A04-T6，长60mm，外圆尺寸46mm，尺寸公差0.039mm，壁厚2mm，管壳零件毛坯为锻造而成的棒料，车削成形。

采用温度430℃左右45min淬火+时效固溶热处理，用来消除超硬铝材料的内应力和组织不均匀及晶粒粗大等现象，提高了硬度，降低了韧性和塑性，改善了超硬铝材料的切削性能。同样采用YG643材料的刀片，实践证明刀具的寿命由原50min提高到180min，零件表面加工质量得到明显改善。

零件粗加工后，由于加工余量太大，此时零件应力释放最大，因此进行一次130℃的再结晶时效热处理，时间为18h，以便通过不连续再结晶造成细晶粒并改变晶粒形貌和组成相质分布，达到改善短横向的塑性和韧性的目的，改善了切削性能。管壳零件形状为曲面回转体，定位基准主要为孔、面，或外圆、面，在粗加工后，此时零件加工余量径向单边1.5mm，若一次径向单边加工1mm，当加工后，在零件两个斜度拐点及球体处，应力集中释放太快，零件产生变形。因此，通过半精加工循环一次，逐步消除加工应力，半精加工后再进行一次中间时效热处理，温度为110℃左右、时间为9h，使零件内部应力再一次得到释放。

半精加工后，零件内外曲面已形成，留给零件精加工余量为0.5mm（单边），由于管壳零件尺寸精度及形位公差要求高，加工时注意切削刀具吃刀量大而产生振动，因此分三次进给切削，其中精加工最后一次切削余量0.1mm（单边），同时选择合适的切削速度、机床转速，以消除刀具的热变形及机床振动，减小刀具的主切削力，提高零件表面加工质量，达到消除零件加工变形的目的。

零件完工后要随产品进行高低温冲击及振动试验，因此会影响到零件变形，使零件装到产品上而卸不下来，造成零件产生10%左右的废品率。经过摸索试验，精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理，用来稳定加工尺寸，防止管壳零件随环境温度变化而产生的形变，获得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。

实施例三

管壳零件材料为超硬铝7A04-T6，长60mm，外圆尺寸46mm，尺寸公差0.039mm，壁厚2mm，管壳零件毛坯为锻造而成的棒料，车削成形。

采用温度470℃左右45min淬火+时效固溶热处理，用来消除超硬铝材料的内应力和组织不均匀及晶粒粗大等现象，提高了硬度，降低了韧性和塑性，改善了超硬铝材料的切削性能。同样采用YG643材料的刀片，实践证明刀具的寿命由原50min提高到180min，零件表面加工质量得到明显改善。

零件粗加工后，由于加工余量太大，此时零件应力释放最大，因此进行一次150℃的再结晶时效热处理，时间为14h，以便通过不连续再结晶造成细晶粒并改变晶粒形貌和组成相质分布，达到改善短横向的塑性和韧性的目的，改善了切削性能。管壳零件形状为曲面回转体，定位基准主要为孔、面，或外圆、面，在粗加工后，此时零件加工余量径向单边1.5mm，若一次径向单边加工1mm，当加工后，在零件两个斜度拐点及球体处，应力集中释放太快，零件产生变形。因此，通过半精加工循环一次，逐步消除加工应力，半精加工后再进行一次中间时效热处理，温度为130℃左右、时间为7h，使零件内部应力再一次得到释放。

半精加工后，零件内外曲面已形成，留给零件精加工余量为0.5mm（单边），由于管壳零件尺寸精度及形位公差要求高，加工时注意切削刀具吃刀量大而产生振动，因此分三次进给切削，其中精加工最后一次切削余量0.1mm（单边），同时选择合适的切削速度、机床转速，以消除刀具的热变形及机床振动，减小刀具的主切削力，提高零件表面加工质量，达到消除零件加工变形的目的。

零件完工后要随产品进行高低温冲击及振动试验，因此会影响到零件变形，使零件装到产品上而卸不下来，造成零件产生10%左右的废品率。经过摸索试验，精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理，用来稳定加工尺寸，防止管壳零件随环境温度变化而产生的形变，获得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺，包括以下工序：

毛坯的淬火和时效高温热处理：毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理；

粗加工后热处理：粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序；

半精加工后时效热处理：精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理；

精加工后进行低温热处理：精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理。

2.根据权利要求1所述的工艺，所述毛坯的淬火和时效高温热处理为毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理。

3.根据权利要求1所述的工艺，所述粗加工后热处理为粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序。

4.根据权利要求1所述的工艺，所述半精加工后时效热处理为精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理。

5.根据权利要求1所述的工艺，所述精加工后进行低温热处理为精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理。