CN108536969A - 一种铝型材锯切断面质量分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝型材锯切断面质量分析方法，包括步骤：在对铝型材的锯切加工过程中，将加工区域温度控制在积屑瘤产生的临界温度θ°以下，控制加工过程中锯切角度偏移量Δ与锯切加工的刀具角度θ、刀具进给速度v、锯切力F以及加工温度之间的关系，刀具角度θ为刀具加工前的倾斜偏移角度，获取得到铝型材的截面偏移角，查看该截面偏移角是否位于设定的水平精度误差范围内，根据判定结果进行调整。本发明提高加工精度，确保铝型材锯切断面的加工质量。
Description
技术领域
本发明属于铝型材锯切加工工艺领域，具体地说是一种铝型材锯切断面质量分析方法。
背景技术
近二十年中，以铝型材为代表的金属材料应用呈现飞跃式发展。铝型材具有质量轻、密封性好、抗腐蚀性高、可塑性强、加工方便、附着力好，以及通过挤压成型后可最大限度的降低成本等优点，被愈来愈广泛地用于轨道交通、电子、机械、军工、太阳能、建筑、石化、航空、航天等领域。我国的铝材产量多年以来一直稳居世界首位，占据了全球产量的70％以上，同时也拥有着世界最大铝材加工配套产业。轨道交通中时速200km以上的车身均采用铝合金材料；飞机、大型船舶、新能源汽车、军事装备的轻量化制造中广泛应用铝合金材料；建筑行业中我国铝材加工设备市场保有量超过百亿，其中铝型材切割装备占据半壁江山。
在铝型材深加工设备中，锯切是其最为重要的加工工序。由于铝型材动辄从数米到数十米长，其加工设备属于典型的大型、长型金属零件的加工，是铝型材锯切行业的重型金属切机床的代表。目前我国在中低端数控锯切技术上与国外同类产品的技术水平差距越来越小，但在长型、重型多轴联动的数控切割上还是有相当大的差距。
特别是面向超长型材的锯切加工中，复合角度的切割技术是行业难点，目前被德国Elumatec(叶鲁)垄断，其双主轴多轴联动复合角度数控锯切成型装备长度加工精度≤±0.1mm，型材锯切角加工精度误差≤±0.05°，加工尺寸：450-6000mm，控制为半数控方式(不能直接根据图纸生产加工参数)，但每台设备售价高达150万元。而目前国内企业研发的相关设备，仅是在结构上进行简单模仿，加工精度、切割质量、设备易用性等性能指标方面都存在较大的差距，如济南天辰铝机股份有限公司长度加工精度≤±0.2mm，型材锯切角加工精度误差未提，加工尺寸：450-6000mm，控制为半数控方式；项目申报单位目前的同类产品长度加工精度≤±0.15mm，型材锯切角加工精度误差≤±0.1°，加工尺寸：450-12000mm，控制为半数控方式。
综上所述，现有技术存在的缺点：加工断截面光滑度不足、加工断截面平整度不足、不满足高精度要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝型材锯切断面质量分析方法，提高加工精度，确保铝型材锯切断面的加工质量。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种铝型材锯切断面质量分析方法，包括以下步骤：
S1，在对铝型材的锯切加工过程中，将加工区域温度控制在积屑瘤产生的临界温度θ°以下；
S2,控制加工过程中锯切角度偏移量Δ与锯切加工的刀具角度α、锯切进给速度v、锯切力F以及加工温度之间的关系，刀具角度θ为刀具加工前的倾斜偏移角度，
Δ*＝x-R·tanθ-v·t·tanα
＝Δ-(R-V·t)·tanα
上式中，Δ*-最终形变量；Δ-弹性形变量，Δx≈Δ,Δ通过查阅铝合金应力应变表得到；R-刀具半径或刀尖到刀具的中心距；t-有效加工时间；
最后得出铝型材的截面偏移角：
该截面偏移角为最终加工截面最大倾斜角度；
H-铝型材的截面高度；
S3，将步骤S2中获取到的最终加工截面最大倾斜角度导入模板数据库，查看是否在设定的水平精度误差范围内，若是，则保持当前参数完成加工，若不是，则调整锯切进给速度，锯切进给速度与加工时间为反比关系。
所述步骤S1中控制加工区域温度时，在当前加工区域完成加工后进行冷却，使当前加工区域温度降低到临界温度θ°以下。
所述临界温度θ°为260℃～300℃。
所述步骤S3中最终加工截面最大倾斜角度的设定的水平精度误差范围为±0.053°。
本发明解决由于在锯切过程中积屑瘤的产生以及锯切产生的形变导致锯切断截面粗糙不平的问题，通过加工过程中的动态控制保证最终的加工断截面的“镜面”效果，使得型材加工断面光滑明亮。
附图说明
附图1为本发明流程示意图；
附图2锯切加工时刀具有偏角和无偏角刀迹示意图；
附图3为锯切时刀具无偏角加工示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如附图1所示，本发明揭示了一种铝型材锯切断面质量分析方法，包括以下步骤：
S1，在对铝型材的锯切加工过程中，将加工区域温度控制在积屑瘤产生的临界温度θ°以下，该临界温度θ°为260℃～300℃，在本实施例中，将临界温度θ°设为300℃。在对加工区域加工完成后，立即对该加工区域进行冷却处理，使该加工区域温度降到300℃，能够较好的控制铝型材表面的加工粗糙度和光滑度，避免积屑瘤的产生。
S2,控制加工过程中锯切角度偏移量Δ与锯切加工的刀具角度α、锯切进给速度v、锯切力F以及加工温度之间的关系，刀具角度θ为刀具加工前的倾斜偏移角度，
Δ*＝Δx-R·tanθ-v·t·tanα
＝Δ-(R-V·t)·tanα
上式中，Δ*-最终形变量；Δ-弹性形变量，Δx≈Δ,Δ通过查阅铝合金应力应变表得到；R-刀具半径或刀尖到刀具的中心距；t-有效加工时间；
最后得出铝型材的截面偏移角：
该截面偏移角为最终加工截面最大倾斜角度；
H-铝型材的截面高度。
通过压力传感器检测到的锯切力为62.9MPa，根据下表一给出的不同温度下应变率与应力的关系可知，弹性形变量即应变Δ＜(0.001·H·t*)mm，铝型材的截面高度为H＝30mm，t*为剪切时间取0.5秒，所以瞬时的应变Δ＜0.003mm，取Δ＝0.003mm。
图2中A点为刀具垂直切入即无偏角时的切入点，由于弹性变形切入点附近会产生凹陷，当切断后，弹性恢复，最后的加工效果如图3所示，会产生一个Ф的倾斜偏角，使得加工表面不平整。为了减少上述情况的产生的倾斜偏角，在加工时使刀具倾斜一个偏角θ，以此来补偿弹性回复量。从而使得锯切后的断面的形变在误差范围内。
表一铝合金应力应变率在不同温度下的关系
S3，将步骤S2中获取到的最终加工截面最大倾斜角度导入模板数据库，查看是否在设定的水平精度误差范围内，若是，则保持当前参数完成加工，若不是，则调整锯切进给速度，锯切进给速度与加工时间为反比关系。
在整个锯切加工过程中，需要保持加工部位的温度始终在临界温度θ°以下，防止积屑瘤的产生保证锯断面的光滑度，同时保证了刀具寿命。对锯切速度、刀具角度、锯切力进行监测反馈，根据加工的具体情况调整锯切速度、锯切力、锯切进给速度、刀具角度等，根据情况输入对应的刀具中心距R、刀具的偏移角度θ、根据允许的性能指标型材锯切角度加工精度±0.053°，即要保证最终的在±0.053°以内，确定好锯切进给速度v与加工时间t的反比关系，并进行反馈，动态的调整加工的进给速率。
最后可再验证加工效果，通过水平测量仪测量加工断面的水平度，约为0.047°，在允许的范围±0.053°内，因此该满足加工要求。
可将上述标准的各项参数输入模板数据库，形成锯切加工工艺专家库，以为后续加工提供参考。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (4)
1.一种铝型材锯切断面质量分析方法，包括以下步骤：
S1，在对铝型材的锯切加工过程中，将加工区域温度控制在积屑瘤产生的临界温度θ°以下；
S2,控制加工过程中锯切角度偏移量Δ与锯切加工的刀具角度α、锯切进给速度v、锯切力F以及加工温度之间的关系，刀具角度θ为刀具加工前的倾斜偏移角度，
Δ*＝Δx-R·tanθ-v·t·tanα
＝Δ-(R-V·t)·tanα
上式中，Δ*-最终形变量；Δ-弹性形变量，Δx≈Δ,Δ通过查阅铝合金应力应变表得到；R-刀具半径或刀尖到刀具的中心距；t-有效加工时间；
最后得出铝型材的截面偏移角：
该截面偏移角为最终加工截面最大倾斜角度；
H-铝型材的截面高度；
S3，将步骤S2中获取到的最终加工截面最大倾斜角度导入模板数据库，查看是否在设定的水平精度误差范围内，若是，则保持当前参数完成加工，若不是，则调整锯切进给速度，锯切进给速度与加工时间为反比关系。
2.根据权利要求1所述的铝型材锯切断面质量分析方法，其特征在于，所述步骤S1中控制加工区域温度时，在当前加工区域完成加工后进行冷却，使当前加工区域温度降低到临界温度θ°以下。
3.根据权利要求2所述的铝型材锯切断面质量分析方法，其特征在于，所述临界温度θ°为260℃～300℃。
4.根据权利要求3所述的铝型材锯切断面质量分析方法，其特征在于，所述步骤S3中最终加工截面最大倾斜角度的设定的水平精度误差范围为±0.053°。
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