CN104388851A - 一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法 - Google Patents

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谢萍
王德跃
谢慧娟
陈海洋
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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Abstract

本发明公开了一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，在多框板材件粗加工后进行残余应力的消除与均匀化：板材件粗加工淬火后在材料硬化孕育期1.5小时内完成冷锻，采用液压机在板材的厚度方向进行板材的冷锻，板材厚度变形量控制在1％～3％以内，冷锻后再进行人工时效处理，人工时效处理时板材件平整放置。本发明提出加工过程中控制变形的方式，通过选用合理的工艺方案、粗加工后残余应力的去除和均化方法，解决了主要依靠实践经验进行工艺决策，针对具体工件采用无进给反复光铣、变形校正等工艺手段实现产品加工的问题，使多框板材件的合格率从0提高到了90％以上。

Description

一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，更具体地，涉及一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法。
背景技术
参照图1，在多框板材件上具有多个单框。由于多框板材件具有功能集中、重量轻，在刚度、抗疲劳强度和各种失稳临界值等方面比铆接结构优良的特点，在航空航天上得到广泛的应用。硬铝合金2A12-T4(材料特性为：弹性模量为66GPa，泊松比为0.33，抗拉强度为440MPa)；多框板材件具有结构复杂、壁薄、变厚度、协调要求较高等特点，在加工过程中，由于切削力、切削热和零件刚度差等多种原因，易发生变形，严重制约了生产进度和制造质量。
目前，铝合金多框板材件的生产加工主要依靠实践经验进行工艺决策，针对具体工件采用无进给反复光铣、多次“翻烧饼”式对称加工、石膏填充、变形校正等工艺手段来达到减少变形的目的，校形后存在内应力甚至裂纹等缺点。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，解决现有铝合金多框板材件铣削加工的变形问题，提高了制品的加工精度和质量。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了板材件粗加工后进行淬火，淬火后在材料硬化孕育期1.5小时内完成冷锻，采用液压机在板材的厚度方向进行板材的冷锻，板材厚度变形量控制在1％～3％以内，冷锻后再进行人工时效处理，人工时效处理时板材件平整放置，人工时效处理后再在加工中心上进行后续的机械加工。
优选地，人工时效处理时的加热温度110±5℃，保温时间2～3小时。
优选地，冷锻时多框板材件四周设置挡板，并且挡板厚度比多框板材件厚度小1～1.5mm。
优选地，还包括多框板材件的装夹方案的优化：板材件在进行机械加工的装夹时，在多框板材件表面设置两排压板，两排压板对称设置，每排压板中相邻两个压板的间隔均匀。
优选地，还包括加工时走刀路径策略选择：多框板材件上的单框的铣削加工顺序按照对角的方式进行加工，每个单框加工的走刀路径按从外到内的走刀路线加工，下刀方式采用螺旋或斜线下刀。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明提出加工过程中控制变形的方式，通过选用合理的工艺方案、粗加工后残余应力的去除和均化方法，解决了主要依靠实践经验进行工艺决策，针对具体工件采用无进给反复光铣、变形校正等工艺手段实现产品加工的问题，使多框板材件的合格率从0提高到了90％以上。
附图说明
图1为多框板材件多点装夹的示意图；
图2为多框板材件铣削走刀顺序示意图；
图3为单框内部走刀路线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图3所示，一种铝合金多框板材件机加变形控制工艺方法，包括工艺方案制定原则、粗加工后残余应力的消除与均匀化方法、装夹方案的优化、走刀路径策略及多框板材件加工，变形控制内容为粗加工后残余应力的消除与均匀化方法、装夹方案和铣削加工走刀路径策略。
(1)粗加工后残余应力的消除与均匀化方法
多框板材件粗加工后进行淬火，淬火后必须在材料硬化孕育期1.5小时内完成冷锻，采用液压机在厚度方向进行冷锻，多框板材件厚度变形量控制在1％～3％内。冷锻时多框板材件四周设置挡板，防止多框板材件冷锻受压窜动造成安全事故，并且挡板厚度比多框板材件厚度小1～1.5mm。再进行人工时效，并且多框板材件必须平整放置，人工时效处理后再在加工中心上进行后续的机械加工。。人工时效热处理参数按照加热温度110±5℃，保温时间2～3小时进行控制。
所述板材件粗加工后残余应力的消除与均匀化方法内容中，粗加工淬火后必须在1.5小时内完成冷锻，控制热处理后的硬化现象，冷锻可在液压机或水压机上完成。
(2)装夹方案的优化：
根据多框板材件结构特点，在多框板材件表面均匀设置压板，压板为对称设置的两排，压板总数量为偶数个，且压紧力适当。如图1所示，在多框板材件表面均匀设置8处压板并夹紧；图中多框板材件上的压板Y1～Y8。
(3)铣削加工走刀路径策略：
多框板材件单框的铣削加工顺序按照对角的方式加工，参照图2，六个单框时，多框板材件单框的铣削加工顺序按照A-F-D-C-B-E加工。
各单框加工的走刀路径按从外到内的走刀路线加工，参照图3。
下刀方式采用螺旋或斜线下刀。精加工时侧壁加工余量尽量小，框底加工余量适当增大。各单框加工的走刀路径按从外到内的走刀路线加工。
(4)后处理步骤：加工完成后，去除多框板材件上分布的压板。
本发明的要点主要有以下几点：
(1)工艺方案制定原则：
(1.1)普通加工和数控加工采用粗精加工交替进行的加工方式；
(1.2)粗加工和半精加工工序间穿插人工时效去应力；
(1.3)框侧面和底面加工面余量分别均匀一致，侧面余量略小于底面余量。精加工时侧壁加工余量尽量小，框底加工余量适当增大。
(2)装夹方案的优化：
多框板材件采用不同的装夹方案、装夹位置对残余应力应变有较大的影响，合适的装夹能使残余应力的分布有利于减小工件的加工变形。
(2.1)采用多点装夹方式；
(2.2)压板对称均匀分布的方式。
(3)走刀路径策略：
多框板材件的铣削加工顺序和下刀方式对多框板材件的变形有较大的影响，在加工过程中应采用合理的加工策略。
(3.1)采用沿对角线方向进行隔框铣削的加工顺序；
(3.2)每个单框底面和侧壁的铣削加工采用从外向内的走刀路径；
(3.3)采用螺旋或斜线下切的下刀方式。
(4)多框板材件加工
按照确定后的工艺方案和方法进行加工，完成多框板材件的加工。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，其特征在于：板材件粗加工后进行淬火，淬火后在材料硬化孕育期1.5小时内完成冷锻，采用液压机在板材的厚度方向进行板材的冷锻，板材厚度变形量控制在1％～3％以内，冷锻后再进行人工时效处理，人工时效处理时板材件平整放置，人工时效处理后再在加工中心上进行后续的机械加工。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，其特征在于：人工时效处理时的加热温度110±5℃，保温时间2～3小时。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，其特征在于：冷锻时多框板材件四周设置挡板，并且挡板厚度比多框板材件厚度小1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，其特征在于：还包括多框板材件的装夹方案的优化：板材件在进行机械加工的装夹时，在多框板材件表面设置两排压板，两排压板对称设置，每排压板中相邻两个压板的间隔均匀。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金多框板材件机加变形工艺控制方法，其特征在于：还包括加工时走刀路径策略选择：多框板材件上的单框的铣削加工顺序按照对角的方式进行加工，每个单框加工的走刀路径按从外到内的走刀路线加工，下刀方式采用螺旋或斜线下刀。
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