CN105522206B - 铝合金薄壁型腔零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法，包括以下步骤：a、进行机床选择，选择普通加工中心加工与高速铣加工进行结合加工；b、进行进刀方式的选择，选择由斜线进刀方式改进获得的之字形进刀方式进行加工；c、注蜡操作，在铝合金原料与装载铝合金原料的工装之间注入熔融状态的石蜡，并使石蜡缓慢冷却并凝固；d、粗铣加工，采用普通加工中心对工装内的铝合金原料进行粗铣加工，并利用凝固的石蜡抵消粗铣过程中对铝合金原料产生的压应力变形；e、精铣加工，采用高速铣对工装内的铝合金原料进行精铣加工形成铝合金薄壁型腔零件；f、脱蜡操作，将铝合金薄壁型腔零件与工装之间的石蜡加热熔化并脱出，获取成型的铝合金薄壁型腔零件。

Description

铝合金薄壁型腔零件的加工方法

技术领域

本发明涉及铝合金薄壁零件加工技术领域，特别地，涉及一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法。

背景技术

铝合金薄壁零件一般的加工工艺过程为：下料→粗铣→热处理→精铣。

由于铝合金材质的特性导致其刚性强度差,并且又是薄壁构件，因此在加工过程中会受到切削力、切削热、夹紧力等外力影响，从而对零件的尺寸精度、表面质量等产生较大的影响；此外还可能由于整个加工系统产生的振动形成对零件的振动力，从而导致零件的结构变形，甚至出现零件撕裂和报废的情况。

发明内容

本发明提供了一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法，以解决现有针对铝合金薄壁零件的加工方法，容易构成对零件的尺寸精度、表面质量的影响；而加工系统的振动力也可能使零件结构发生变形甚至撕裂和报废的技术问题。

本发明提供一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法，包括以下步骤：a、进行机床选择，选择普通加工中心加工与高速铣加工进行结合加工；b、进行进刀方式的选择，选择由斜线进刀方式改进获得的之字形进刀方式进行加工；c、注蜡操作，在铝合金原料与装载铝合金原料的工装之间注入熔融状态的石蜡，并使石蜡缓慢冷却并凝固；d、粗铣加工，采用普通加工中心对工装内的铝合金原料进行粗铣加工，并利用凝固的石蜡抵消粗铣过程中对铝合金原料产生的压应力变形；e、精铣加工，采用高速铣对工装内的铝合金原料进行精铣加工形成铝合金薄壁型腔零件；f、脱蜡操作，将铝合金薄壁型腔零件与工装之间的石蜡加热熔化并脱出，获取成型的铝合金薄壁型腔零件。

进一步地，步骤a中的机床选择具体为：普通加工中心加工时，采用大背吃刀量以及慢进给加工；高速铣加工时，采用高转速、快进给以及小背吃刀量去除加工量。

进一步地，步骤b中的斜线进刀，采用侧刃切削铝合金原料；加工时设定两个角度：第一个角度为在加工平面内的角度，铝合金原料的加工面设定为X-Y平面，刀具在铝合金原料的加工面上的加工轨迹与X轴的夹角；第二角度为与铝合金原料加工面垂直方向的夹角，即刀具切入铝合金原料的加工面的倾斜角度。

进一步地，随着斜线进刀的第二角度减小，刀具每次背吃刀量浅且有利于刀具和铝合金原料的保护，同时使得切入斜线增长以及加工线路加长；反之，随着斜线进刀的第二角度增大，斜线进刀趋向于端刃切削。

进一步地，步骤b中的之字形进刀，属于斜线进刀的改进型进刀方式，将一步斜线进刀划分为多步斜线小进刀，每一步斜线小进刀的行程小且引起刀具和铝合金原料的变形小。

进一步地，步骤c中的注蜡操作具体步骤为：将石蜡放入容器内加热熔化并保持47℃-90℃的温度；将工装以及铝合金原料预热至47℃-90℃；将热熔状态的石蜡导入铝合金原料与工装之间并保持47℃-90℃的温度3min-7min；整体缓慢冷却至室温，使石蜡缓慢凝固并紧密贴合于铝合金原料的外壁面上。

进一步地，步骤d中利用普通加工中心对铝合金原料的粗铣加工，利用冷却凝固的石蜡与铝合金原料壁体的贴合以吸收刀具加工时对铝合金原料产生的震动能力以及抵抗刀具加工时铝合金原料壁体的压应力变形；铝合金原料经过粗铣后的壁厚在2mm-4mm。

进一步地，步骤e中利用高速铣对铝合金原料的精铣加工，在加工时，采用小背吃刀量、重复铣削以及分层顺铣的加工方式防止铝合金原料的薄壁变形；加工铝合金薄壁型腔零件时，采用刀径为2mm-6mm的刀具，选择每齿进给量为0.03mm-0.07mm，切削速度为200m/min-300m/min，刀具转速为15000-25000r/min，进给速度为1500mm/min-2500mm/min，背吃刀量为0.2mm-0.4mm。

进一步地，步骤f中的脱蜡操作具体步骤为：将加工好的铝合金薄壁型腔零件与工装加热至47℃-90℃，使大部分的石蜡从铝合金薄壁型腔零件与工装之间熔化，将铝合金薄壁型腔零件从工装上拆卸并放入脱蜡溶液中浸泡；将铝合金薄壁型腔零件表面的石蜡去除后进行水洗；水洗后在47℃-90℃的环境下烘干。

进一步地，加工铝合金薄壁型腔零件的薄底壳体时，刀具从远离薄底壳体的支承最远位置开始加工，并一直保持向下加工，逐步向支承位置靠近；薄底壳体的底面需一次加工到尺寸，避免重复进给。

本发明具有以下有益效果：

本发明铝合金薄壁型腔零件的加工方法，采用石蜡进行辅助加工，由于石蜡具有质量轻、强度适中等的物理特性，并且与铝合金材料能够紧密贴合，能够加工时能够通过石蜡吸收震动能量，大大降低了零件变形的风险。只要零件的工装设计得当，注入石蜡，可极大的降低了产品报废风险，且加工精度和表面粗糙度都有提高,加工精度可达到Ra1.6μm。适用于各类铝合金薄壁零件的粗加工和精加工。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件的加工方法的结构框图；

图2是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件与工装的组合结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件的加工方法的结构框图；图2是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件的结构示意图；图3是本发明优选实施例的铝合金薄壁型腔零件与工装的组合结构示意图。

如图1所示，本实施例的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，包括以下步骤：a、进行机床选择，选择普通加工中心加工与高速铣加工进行结合加工；b、进行进刀方式的选择，选择由斜线进刀方式改进获得的之字形进刀方式进行加工；c、注蜡操作，在铝合金原料与装载铝合金原料的工装之间注入熔融状态的石蜡，并使石蜡缓慢冷却并凝固；d、粗铣加工，采用普通加工中心对工装内的铝合金原料进行粗铣加工，并利用凝固的石蜡抵消粗铣过程中对铝合金原料产生的压应力变形；e、精铣加工，采用高速铣对工装内的铝合金原料进行精铣加工形成铝合金薄壁型腔零件；f、脱蜡操作，将铝合金薄壁型腔零件与工装之间的石蜡加热熔化并脱出，获取成型的铝合金薄壁型腔零件。

如图1所示，本实施例中，步骤a中的机床选择具体为：普通加工中心加工时，采用大背吃刀量以及慢进给加工。高速铣加工时，采用高转速、快进给以及小背吃刀量去除加工量。上述大背吃刀量与小背吃刀量为一组相对参数，通过普通加工中心进行设定的背吃刀量加工，然后通过高速铣减小背吃刀量进行加工。大背吃刀量和小背吃刀量均通过设计要求确定。

如图1和图2所示，本实施例中，步骤b中的斜线进刀，采用侧刃切削铝合金原料；加工时设定两个角度。第一个角度为在加工平面内的角度，铝合金原料的加工面设定为X-Y平面，刀具在铝合金原料的加工面上的加工轨迹与X轴的夹角。第二角度为与铝合金原料加工面垂直方向的夹角，即刀具切入铝合金原料的加工面的倾斜角度。可选地，在X-Y平面内，刀具在铝合金原料的加工面上的加工轨迹与X轴的夹角为零。

本实施例中，随着斜线进刀的第二角度减小，刀具每次背吃刀量浅且有利于刀具和铝合金原料的保护，同时使得切入斜线增长以及加工线路加长。反之，随着斜线进刀的第二角度增大，斜线进刀趋向于端刃切削。

如图1和图2所示，本实施例中，步骤b中的之字形进刀，属于斜线进刀的改进型进刀方式。将一步斜线进刀划分为多步斜线小进刀。每一步斜线小进刀的行程小且引起刀具和铝合金原料的变形小。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤c中的注蜡操作具体步骤为：将石蜡放入容器内加热熔化并保持47℃-90℃的温度。将工装以及铝合金原料预热至47℃-90℃。将热熔状态的石蜡导入铝合金原料与工装之间并保持47℃-90℃的温度3min-7min。整体缓慢冷却至室温，使石蜡缓慢凝固并紧密贴合于铝合金原料的外壁面上。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤d中利用普通加工中心对铝合金原料的粗铣加工。利用冷却凝固的石蜡与铝合金原料壁体的贴合以吸收刀具加工时对铝合金原料产生的震动能力以及抵抗刀具加工时铝合金原料壁体的压应力变形。铝合金原料经过粗铣后的壁厚在2mm-4mm。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤e中利用高速铣对铝合金原料的精铣加工。在加工时，采用小背吃刀量、重复铣削以及分层顺铣的加工方式防止铝合金原料的薄壁变形。加工铝合金薄壁型腔零件时，采用刀径为2mm-6mm的刀具。选择每齿进给量为0.03mm-0.07mm。切削速度为200m/min-300m/min。刀具转速为15000-25000r/min。进给速度为1500mm/min-2500mm/min。背吃刀量为0.2mm-0.4mm。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤f中的脱蜡操作具体步骤为：将加工好的铝合金薄壁型腔零件与工装加热至47℃-90℃，使大部分的石蜡从铝合金薄壁型腔零件与工装之间熔化。将铝合金薄壁型腔零件从工装上拆卸并放入脱蜡溶液中浸泡。脱蜡溶液采用市场中销售的脱蜡剂。将铝合金薄壁型腔零件表面的石蜡去除后进行水洗。水洗后在47℃-90℃的环境下烘干。

本实施例中，加工铝合金薄壁型腔零件的薄底壳体时，刀具从远离薄底壳体的支承最远位置开始加工，并一直保持向下加工，逐步向支承位置靠近。薄底壳体的底面需一次加工到尺寸，避免重复进给。

实施时，提供一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法，具体步骤如下：

1)机床的选择

普通加工中心加工时采用的是大背吃刀量，慢进给的加工理念。高速铣采用的是高转速、快进给、小背吃刀量去除加工量。采用高速铣的目的是:切削速度的提高可使切削力降低，我们在装夹这类零件时不会因夹紧力太大而造成零件变形引起误差。高速切削加工过程极为迅速,95％以上的切削过程所产生的热量将被切屑带离工件，工件整体升温较低，工件的热变形较小。应用高主轴转速、高进给速度的高速切削加工,其激振频率特别高，已远远超出“机床—工件—刀具”系统的固有频率范围,使加工过程平稳、振动较小。

2)进刀方式的选择

垂直进刀，这种方式的优点是比较直接，不需要太多的计算，缺点是由刀具直接向工件垂直切入加工，会产生极大的冲击力，对刀具提出了很高的要求。并且这种方法不容易排屑,产生大量的热不容易发散,使刀具、工件变形加大。

斜线进刀，这种加工方式采用侧刃切削工件,加工时需要设定两个角度：

X-Y平面角度，从垂直方向看时，刀具轨迹与X轴的夹角通常为零；

与工件的夹角，即刀具切入加工面的角度。这个角度设置的时候，如果选取的太小，则刀具每次背吃刀量较浅，有利于保护刀具和工件。但是，这也会导致切入斜线增长，加工路线加长；反之，如果选取的角度太大,又会产生不希望的端刃切削的情况。

“之”形进刀，这种方法是斜线进刀的改进，把一步斜线进刀划为多步小进刀，虽然仍有刀具两侧刀刃受力不对称的问题，但每一步行程小，变形也小，所以要比斜线进刀要好。

通过分析及对三种进刀方式的试验研究，最后确定选择“之”形进刀。

3)注蜡操作

将石蜡放入不锈钢槽中加热融化，并保持温度80摄氏度。将工装及零件整体放在加热平台并预热80摄氏度。将融化的石蜡导入工装与零件的中间处,保温80摄氏度5分钟。如图3所示。

整体冷却至室温。由于石蜡密度低，零件粗铣后壁厚在3mm，因此不会对零件产生压应力变形。在加工时,切削力会使薄壁变形,应采用小背吃刀量、重复铣削,分层顺铣的加工方法。加工薄壁型腔零件时4mm的刀具选择的每齿进给量为0.05mm,切削速度为250m/min。刀具转速为20000r/min，进给速度为2000mm/min，背吃刀量为0.3mm。

加工好后，将工装与零件放在加热台，加热80摄氏度融化大部分石蜡，再将零件拆卸下来放入脱蜡溶液中浸泡，脱蜡剂市场有售。将石蜡除去干净，水洗干净后80摄氏度烘干。

由于石蜡的物理特点，质量轻，强度适中，并且与铝合金材料贴合密切，加工时吸收震动能量，大大降低了零件变形的风险。只要零件的工装设计得当，注入石蜡，可极大的降低了产品报废风险，且加工精度和表面粗糙度都有提高，加工精度可达到Ra1.6μm。

在浇注石蜡时，应使零件预热，使石蜡缓慢冷却，以免快速冷却时石蜡脱落。去除拐角处石蜡时，应采用比铝合金软的工具去除，避免划伤到零件。加工薄底壳体时，编程时应注意刀具从离支承最远的位置开始加工，并一直保持向下加工,逐步向支承靠近。底面一次加工到尺寸应避免重复进给。因为多加工一次就可能多一次产生因变形或鼓动而形成的偏差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、进行机床选择，选择普通加工中心加工与高速铣加工进行结合加工；

b、进行进刀方式的选择，选择由斜线进刀方式改进获得的之字形进刀方式进行加工；

c、注蜡操作，在铝合金原料与装载铝合金原料的工装之间注入熔融状态的石蜡，并使石蜡缓慢冷却并凝固；

d、粗铣加工，采用普通加工中心对工装内的铝合金原料进行粗铣加工，并利用凝固的石蜡抵消粗铣过程中对铝合金原料产生的压应力变形；

e、精铣加工，采用高速铣对工装内的铝合金原料进行精铣加工形成铝合金薄壁型腔零件；

f、脱蜡操作，将铝合金薄壁型腔零件与工装之间的石蜡加热熔化并脱出，获取成型的铝合金薄壁型腔零件。

2.根据权利要求1所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

所述步骤a中的机床选择具体为：

普通加工中心加工时，采用大背吃刀量以及慢进给加工；

高速铣加工时，采用高转速、快进给以及小背吃刀量去除加工量。

3.根据权利要求1所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

所述步骤b中的斜线进刀，采用侧刃切削铝合金原料；

加工时设定两个角度：

第一个角度为在加工平面内的角度，铝合金原料的加工面设定为X-Y平面，刀具在铝合金原料的加工面上的加工轨迹与X轴的夹角；

第二角度为与铝合金原料加工面垂直方向的夹角，即刀具切入铝合金原料的加工面的倾斜角度。

4.根据权利要求3所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

随着斜线进刀的第二角度减小，刀具每次背吃刀量浅且有利于刀具和铝合金原料的保护，同时使得切入斜线增长以及加工线路加长；

反之，随着斜线进刀的第二角度增大，斜线进刀趋向于端刃切削。

5.根据权利要求4所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

步骤b中的之字形进刀，属于斜线进刀的改进型进刀方式，

将一步斜线进刀划分为多步斜线小进刀，

每一步斜线小进刀的行程小且引起刀具和铝合金原料的变形小。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

所述步骤c中的注蜡操作具体步骤为：

将石蜡放入容器内加热熔化并保持47℃-90℃的温度；将工装以及铝合金原料预热至47℃-90℃；

将热熔状态的石蜡导入铝合金原料与工装之间并保持47℃-90℃的温度3min-7min；

整体缓慢冷却至室温，使石蜡缓慢凝固并紧密贴合于铝合金原料的外壁面上。

7.根据权利要求6所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

步骤d中利用普通加工中心对铝合金原料的粗铣加工，

利用冷却凝固的石蜡与铝合金原料壁体的贴合以吸收刀具加工时对铝合金原料产生的震动能力以及抵抗刀具加工时铝合金原料壁体的压应力变形；

铝合金原料经过粗铣后的壁厚在2mm-4mm。

8.根据权利要求7所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

步骤e中利用高速铣对铝合金原料的精铣加工，

在加工时，采用小背吃刀量、重复铣削以及分层顺铣的加工方式防止铝合金原料的薄壁变形；

加工铝合金薄壁型腔零件时，采用刀径为2mm-6mm的刀具，选择每齿进给量为0.03mm-0.07mm，切削速度为200m/min-300m/min，刀具转速为15000-25000r/min，进给速度为1500mm/min-2500mm/min，背吃刀量为0.2mm-0.4mm。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

步骤f中的脱蜡操作具体步骤为：

将加工好的铝合金薄壁型腔零件与工装加热至47℃-90℃，使大部分的石蜡从铝合金薄壁型腔零件与工装之间熔化，

将铝合金薄壁型腔零件从工装上拆卸并放入脱蜡溶液中浸泡；

将铝合金薄壁型腔零件表面的石蜡去除后进行水洗；

水洗后在47℃-90℃的环境下烘干。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的铝合金薄壁型腔零件的加工方法，其特征在于，

加工铝合金薄壁型腔零件的薄底壳体时，刀具从远离薄底壳体的支承最远位置开始加工，并一直保持向下加工，逐步向支承位置靠近；

薄底壳体的底面需一次加工到尺寸，避免重复进给。