CN105436821A - 一种铝合金加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金加工方法，通过选择合理的加工方法参数，提高铝合金的加工效率和加工质量，包括：铝合金的前期热处理——选择刀具——选择切削深度和主轴转速——选择进给速度和冷却条件——加工质量检验。刀具包括金刚石刀具和高速钢刀具。切削深度为2——5mm，主轴转速为1500r/min_1700r/min。进给速度为0.10——0.27mm/r，冷却条件包括干切削和冷却液。该发明通过选择合理的方法条件，提高了铝合金的加工效率和加工质量，经过该方法加工的铝合金表面粗糙度达到1.0——1.3μm。

Description

一种铝合金加工方法

技术领域

本发明涉及铝合金加工方法。

背景技术

航空航天工业是战略性工业，也是高新技术最为富集的领域，可以体现出一个国家的科学技术发展水平的高低。我国近年来在航空航天领域获得了较快的发展，“神州五号”和“神州六号”载人航天飞船被先后送入太空并成功返回，标志着我国的航空航天事业向前迈了一大步。我国在民航客机部分零部件制造和总装方面也积累了一些经验，与此同时我国在型号飞机的研制方面也取得了令人瞩目的成就。但总体来讲，我国的飞机制造业距离发达国家，特别是美国，还有较大的差距。

中国现在已成为除美国以外全球最大的民用飞机市场，过去5年航空客运量激增95％。波音公司预测，未来20年中国需要价值2130亿美元的2600多架新飞机，其中大型客机占绝对多数。目前和未来比较长的一段时间内，我国的大型客机仍然全部要靠进口，不发展大型客机就是把国内市场拱手予人又受制于人。中国将在“十一五”期间启动大型飞机研制项目。这是中国继上世纪80年代首个大飞机制造项目—“运十”下马后第一次公开宣布要造大型飞机，目前研制大型飞机已列入“十一五”国家重大科技专项。中国制造大型飞机的战略是从支线飞机起跑，同时在大型干线客机上，通过与世界主要航空工业体的合作，最终实现“自主研制大型飞机”的目标。

另外，先进的战机、大型运输机是现代战争条件下夺取制空权和快速运送部队及物资的前提，我国国土广袤，领海辽阔，需要大量先进战机来维护祖国的统一和国家主权。在西方国家对中国进行封锁的情况下，先进战机不可能完全靠进口获得。近年来，我国在型号工程的研制方面取得了迅速进展，但要迅速装备空军需要具有高效率、高精度特点的高速切削加工技术作为技术支撑。

现代航空航天机体所用材料中金属材料占有较大比例，主要是轻合金(铝合金、镁合金)、合金钢和钛合金，另外还有复合材料等。虽然复合材料和钛合金在飞机机体上的使用比例有逐年增加的趋势，但是，在民航飞机中，使用最多的仍然是铝合金，在军用机中也占有较大比例。高强度铝合金具有强度高、密度小、耐腐蚀等特点，工业上应用的主要是铝.铜.镁系合金与铝-锌一镁一铜系合金作为结构材料。铝合金在飞机各部位的典型应用，飞机上广泛使用的是硬铝合金2024、超硬铝合金7075、7050。

目前，在飞机设计和制造中，一些大型复杂结构零件(比如飞机的大梁、隔框、壁板)普遍采用了整体化结构设计，利用整块毛坯“掏空”加工而成。大型客机、大型运输机、战斗机中已大量采用这种结构，采用大型整体结构件具有以下优势：

(1)大大减少飞机机体零件数量。现代飞机整体结构件数量比传统分布式结构件零件减少一半左右，以前的梁、框、肋和壁板通过成百上千的连接件装配起来，而整体结构件只需要几个零件即可。零件减少的同时大大减少了工装的数量，减少了生产准备时间，缩短了生产周期。

(2)大大减少了飞机装配的工作量。大量采用整体结构减少零件的同时也大大降低方法成本，减少了装配工序和劳动力，缩短了检验时间。以高速切削技术在美国费城BellBoeing公司的应用为例：鱼鹰V-22的水平旋翼框架，包含39个零部件和258个紧固件与机身连接，框架的装配需要利用46种工具装配387个小时。通过利用整体结构件设计，设计人员将框架重量从30.2磅减轻到24.7磅，去掉了所有的紧固件，装配时间缩短了287个小时。此外，减少了钣金零件的装配变形，提高了飞机制造的质量。大型整体结构件的高速切削加工对机床、刀具加工方法也提出了更高的要求：

(1)对机床要求高。

大型复杂整体结构件的尺寸大，要求机床床身更长、更宽、更高，因此加工大型整体结构件的机床多为龙门式和高架桥式高速铣床。龙门结构具有较大的加工范围，而且有利于提高机床的刚度、改善热变形特性，且多采用固定工作台、移动龙门结构。高架桥式将龙门机床中的立柱从龙门中分离了出来，有效减少了运动部件的质量。此外，为有效提高机床的利用率和加工效率，在同一个工作台上设置多个龙门架，每个龙门架上设置多个主轴头的多龙门多主轴机床在飞机制造厂得到了广泛应用。新型高速电主轴和新型控制系统的成功应用，使多龙门多主轴高速机床在提高零件加工效率方面更具优势，既可以一个龙门架利用整个工作台进行加工，也可以多个龙门架对同一个零件进行分段加工，或多个主轴同时加工多个同样零件，相当于多台高速机床同时进行加工。大型整体结构件上具有不同加工特征时需要经过多道工序，高速加工机床将不同的加工方法复合在同一机床上，或者将精加工主轴与粗加工主轴复合在同一机床上航空铝合金虽然属于易切削金属，多种刀具都可以用来加工，但是，在高速铣削航空整体结构件时对刀具的要求大大提高。首先，大型整体结构件的材料去除率高，90％以上的材料都被去除掉，要求刀具耐磨性要好，同时，高速铣削时刀具切入切出受到高周循环冲击，要求刀具强度高。如果刀具寿命太短，中途换刀不仅增加调整时间，而且降低了加工精度。其次，大型整体结构件的结构复杂，如具有各种形式的槽腔结构、加强筋及凸缘，带有变斜角等，尺寸及位置精度要求高，零件表面质量要求高，要求刀具保持锋利性。用于普通切削的刀具往往不能满足要求，多采用先进的涂层刀具和超细晶粒的硬质合金刀具。

(3)对加工方法要求高。

大型整体结构件的结构复杂，对方法路线的安排和编程、方法参数的选择和优化、刀具型式、材料和参数的选择等要求更高。薄壁零件刚性差，制造过程中容易产生装夹变形严重的方法难题。需要对装夹位置、装夹顺序以及加载方式三个方面进行分析

进入21世纪，我国花费了大量资金引进了先进的制造装备，在设备的先进性和自动化水平上目前与发达国家基本相当。其中，中国的航空工业几大飞机制造厂相继引进了大型高速数控加工设备。但是，由于我国长期忽视高速切削方法基础理论和加工技术的研究和积累，在大型航空整体结构零部件的加工制造时，在制造方法上(机床系统稳定性的确定、工件的装夹、刀具的使用、切削参数的选择、工件的变形与校形等)遇到很多困难，导致高端设备的低效率使用甚至工件报废。因此，我国航空航天工业的迅速发展，离不开对高速切削加工技术进行系统和深入的研究，而对切削加工方法的研究又是重中之重。

(1)高速切削时，单位时间内材料去除率增加。切削加工的时间减少大幅度提高了加工效率，继而降低了加工成本。尤其是在航空航天整体结构件的加工中，高速切削加工技术的优势尤为明显。

(2)在高速切削加工范围，随切削速度的提高，切削力随之减少，有利于对薄壁零件的切削加工。

(3)高速切削加工时，切屑以很高的速度排出，带走大量的切削热、切削速度提高愈大，带走的热量越多，传给工件的热量大幅度减少，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高精度。

(4)从动力学的角度，高速切削加工过程中，随着切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削过程中产生振动的主要激励源；转速的提高，使切削系统(机床.刀具.工件)的工作频率远离高速切削的低阶固有频率，可以大大降低加工表面粗糙度。

(5)随着超硬刀具材料的发展，利用高速切削加工技术可加工硬度。例如，高速切削加工淬硬后的模具可以减少甚至取代放电加工和磨削加工，不但满足了质量的要求，还减少了后续的加工方法，缩短了时间，减少了加工设备的种类和数量，节约了成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铝合金加工方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金加工方法，通过选择合理的加工方法参数，提高铝合金的加工效率和加工质量，包括：铝合金的前期热处理——选择刀具——选择切削深度和主轴转速——选择进给速度和冷却条件——加工质量检验。刀具包括金刚石刀具和高速钢刀具。切削深度为2——5mm，主轴转速为1500r/min_1700r/min。进给速度为0.10——0.27mm/r，冷却条件包括干切削和冷却液。

具体实施方式

实施例1

一种铝合金加工方法，通过选择合理的加工方法参数，提高铝合金的加工效率和加工质量，包括：铝合金的前期热处理——选择刀具——选择切削深度和主轴转速——选择进给速度和冷却条件——加工质量检验。铝合金型号为2A14铝合金，直径35mm，长度200mm，刀具采用高速钢刀具，后角0度，无表面涂层。切削深度为2mm，主轴转速为1500r/min。进给速度为0.11mm/r，冷却条件采用干切削，经过此方法处理后，铝合金的表面粗糙度达到1.3μm。

实施例2

一种铝合金加工方法，通过选择合理的加工方法参数，提高铝合金的加工效率和加工质量，包括：铝合金的前期热处理——选择刀具——选择切削深度和主轴转速——选择进给速度和冷却条件——加工质量检验。铝合金型号为6036铝合金，直径25mm，长度150mm，刀具采用金刚石刀具，后角5度，无表面涂层。切削深度为3mm，主轴转速为1600r/min。进给速度为0.17mm/r，冷却条件采用冷却液，经过此方法处理后，铝合金的表面粗糙度达到1.0——1.2μm。

Claims (4)

1.一种铝合金加工方法，其特征在于通过选择合理的加工方法参数，提高铝合金的加工效率和加工质量，包括：铝合金的前期热处理——选择刀具——选择切削深度和主轴转速——选择进给速度和冷却条件——加工质量检验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刀具包括金刚石刀具和高速钢刀具。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的切削深度为2——5mm，主轴转速为1500r/min_1700r/min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的进给速度为0.10——0.27mm/r，冷却条件包括干切削和冷却液。