CN112139412A - 一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械加工领域，公开了一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，包含三个方面：工艺流程设计、装夹方案设计、内应力控制技术。工艺流程：粗加工—热处理—冷热循环—半精加工—冷热循环—振动时效。装夹方案设计：工艺搭台设计准则、设计贴合零件外形专用工装、沉头螺栓的装夹应用。内应力控制技术应用包含冷热循环和振动时效。工件内部应力得到有效控制，减小最终精加工过程中变形量，使其缩小到不影响产品尺寸精度；2、需要投入的成本很小，不需要昂贵的设备；3、由于高精度形位公差零件在航空器上起到了很关键的定位连接作用，需要投入的加工成本较高，降低零件报废能节约大量加工成本，经济效益高。

Description

一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法。
背景技术
在日常生产中，有许多形位公差要素较多且精度高的零件，其原材料为自由锻铝，需要经过热处理后再加工。热处理后零件加工过程中会随着余量去除不断释放内应力致使零件持续变形。而该类零件由于变形规律不可预测，致使零件尺寸及形位公差要求无法保证。
发明内容
为保证零件的加工精度，本发明特从零件工艺、内应力控制技术等方面进行研究，设计了一套稳定高效的多维度形位公差铝合金锻件热处理后的加工方法，按照该套工艺流程实施可以确保零件多个维度＜0.05mm的位置度要求和外形尺寸的合格。
本发明技术方案为
一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步：对铝合金锻件原料进行粗加工得到铝合金锻件毛坯，对所述铝合金锻件毛坯进行热处理；得到热处理后的铝合金锻件；
第二步：对所述热处理后的铝合金锻件进行第一次冷热循环；
第三步：对第一次冷热循环后的铝合金锻件进行半精加工；
第四步：对半精加工后的铝合金锻件进行第二次冷热循环；
第五步：对第二次冷热循环后的铝合金锻件进行振动时效处理；
第六步：对振动时效处理后的铝合金锻件进行精加工；得到最终的产品。
本发明技术方案的特点和进一步改进为：
进一步，在第一步之前利用专用工装装夹所述铝合金锻件原料；并用沉头螺栓将专用工装与铝合金锻件原料固定在一起。
进一步，第一步粗加工之前，设计工艺搭台；粗加工时一并完成所述铝合金锻件毛坯和工艺搭台的加工；第六步对振动时效处理后的铝合金锻件进行精加工后去除所述工艺搭台，得到最终的产品。所述工艺搭台用于和专用工装用于一起固定零件。
进一步，所述工艺搭台包括位于零件中间的圆柱和零件两侧的T型柱。
进一步，所述冷热循环为利用加热设备和冷却介质对热处理后的零件进行循环正负温处理，包括：正温处理-负温处理-正温处理三个步骤。通过冷热循环释放一部分应力并使得零件内部应力分布更均匀。
进一步，所述正温处理包括：对铝合记锻件进行清理、清洗干净，将零件放入100℃～120℃的开水器或时效炉中保温3～5小时，在空气中冷却至室温。
进一步，所述负温处理为：将零件放进冷处理设备中，在-50℃～-196℃温度下保持1～2小时，在空气中恢复至室温。
进一步，所述正温处理温度小于材料时效温度。
进一步，在第四步之后第五步之前，卸下专用工装，将第二次冷热循环后的铝合金锻件、工艺搭台和马达一起固定在同一平台上；进行第五步振动时效处理，持续4小时。时效处理结束后用专用工装装夹铝合金锻件和工艺搭台进行最后的精加工。时效处理可以有效的去除一部分应力并使得零件内部应力分布的更均匀。
本发明的优点是：1、工件内部应力得到有效控制，减小最终精加工过程中变形量，使其缩小到不影响产品尺寸精度；2、需要投入的成本很小，不需要昂贵的设备；3、可推广性强，铝锻件在航空类零件中使用广泛，本发明推广价值高；4、由于高精度形位公差零件在航空器上起到了很关键的定位连接作用，需要投入的加工成本较高，降低零件报废能节约大量加工成本，经济效益高。
附图说明
图1为贴合零件结构的装夹方案设计示意图；
图2为工艺流程图；
图中：1-工艺搭台，2-零件，3-工装，4-沉头螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行进一步说明。
多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，包含三个方面：工艺流程设计、装夹方案设计和内应力控制技术。
其中工艺流程包括：粗加工——热处理——冷热循环——半精加工——冷热循环——振动时效。其中第一次热处理的目的是为了使得原材料的性能达到指标要求。冷热循环的目的是为了平衡工件内部应力分布并消除部分应力。第二次冷热循环与第一次冷热循环中参数控制相同。
其中粗加工预留的余量按毛坯大小控制。
半精加工时去除一部分毛坯，并预留精加工余量。
如图1所示，装夹方案设计包括：根据工艺搭台设计准则设计工艺搭台1、根据零件外形尺寸特点设计贴合零件2专用工装3、并用沉头螺栓4装夹工装。通过装夹方案设计，用沉头螺栓将工艺搭台、工装与零件固定在一起，使得零件加工过程中保持稳定，加强加工过程的刚性，避免装夹误差带来的影响。
工艺搭台1和零件2为一体的，零件2为工件粗加工后的形态，外形与工件最终外形相似，属于工件成形前的样子，零件2靠工艺搭台1与工装3安装连接，工装3与机床安装连接；工装3与工艺搭台1形状特征类似，确保最大贴合面积的同时又不干涉刀具走刀路径；工艺搭台1是属于原材料毛坯的一部分，在加工完成前与工件2属于一体，待精加工完成后切除
内应力控制技术包括：冷热循环和振动时效。
冷热循环为：利用加热设备和冷却介质对热处理后的零件进行循环正负温处理，包括：正温处理-负温处理-正温处理三个步骤。通过冷热循环释放一部分应力并使得零件内部应力分布更均匀。
正温处理：零件机加完后，对其进行清理、清洗干净，将零件放入100℃～120℃的开水器(或时效炉)中保温3～5小时，空气冷却至室温；
负温处理：将零件放进液氮槽等冷处理设备中，在-50℃～-196℃温度下保持1～2小时，在空气中恢复至室温。负温处理温度不宜过低以免影响产品性能。
其中正温处理温度需考虑原材料的性能，且必须小于材料时效温度，温度过高亦会影响材料性能。所述时效温度为对材料进行时效处理时的温度，为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后(低温回火温度150-250℃)精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。
冷热循环处理是将工件通过深冷处理与热处理循环交替，以减小残余应力，达到稳定工件尺寸的一种加工方法。热处理和深冷处理的温度以不影响材料性能为限：鉴于本次研究对象加工材料为铝锻件，热处理温度不宜超过120℃；制冷的方式有液氮和干冰两种措施，本次研究采取的是干冰，冷却温度在零下80℃左右。本次的研究对象为7050的铝锻件，需从O状态热处理至T73状态。为去除热处理处残留在零件内部的热处理应力，在热处理后先进行一次冷热循环，可以去除大部分残留应力。经过一次循环处理后，再进行一次半精加工，零件内部因工艺余量的去除原本平衡的应力再次打破平衡，这时再进行一次冷热循环处理，零件原本基准面高达0.5mm左右的变形降低至0.1mm以下，不再影响后续加工装夹定位。
振动时效示意图如图2所示，将零件与马达装夹在同一平台上，不影响零件机械性能的前提下利用马达震动平台间接对零件进行高频率的物理振动。持续4小时左右，可以有效的去除一部分应力并使得零件内部应力分布的更均匀。

Claims (9)

1.一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步：对铝合金锻件原料进行粗加工得到铝合金锻件毛坯，对所述铝合金锻件毛坯进行热处理；得到热处理后的铝合金锻件；
第二步：对所述热处理后的铝合金锻件进行第一次冷热循环；
第三步：对第一次冷热循环后的铝合金锻件进行半精加工；
第四步：对半精加工后的铝合金锻件进行第二次冷热循环；
第五步：对第二次冷热循环后的铝合金锻件进行振动时效处理；
第六步：对振动时效处理后的铝合金锻件进行精加工；得到最终的产品。
2.根据权利要求1所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：在第一步之前利用专用工装装夹所述铝合金锻件原料；并用沉头螺栓将专用工装与铝合金锻件原料固定在一起。
3.根据权利要求2所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：第一步粗加工之前，设计工艺搭台；粗加工时完成所述铝合金锻件毛坯和工艺搭台的加工；第六步对振动时效处理后的铝合金锻件进行精加工后去除所述工艺搭台，得到最终的产品。
4.根据权利要求3所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述工艺搭台包括位于零件中间的圆柱和零件两侧的T型柱。
5.根据权利要求1所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：第二步和第四步中的第一次冷热循环和第二次冷热循环为利用加热设备和冷却介质对热处理后的铝合金锻件进行循环正负温处理，包括：正温处理-负温处理-正温处理三个步骤。
6.根据权利要求5所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述正温处理包括：对铝合金锻件进行清理、清洗干净，将铝合金锻件放入100℃～120℃的开水器或时效炉中保温3～5小时，在空气中冷却至室温。
7.根据权利要求5所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述负温处理为：将铝合金锻件放进冷处理设备中，在-50℃～-196℃温度下保持1～2小时，在空气中恢复至室温。
8.根据权利要求5所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：所述正温处理温度小于材料时效温度。
9.根据权利要求3所述的一种多维度形位公差热处理铝合金锻件防变形加工方法，其特征在于：在第四步之后第五步之前，卸下专用工装，将第二次冷热循环后的铝合金锻件、工艺搭台和马达一起固定在同一平台上；进行第五步振动时效处理，持续4小时；时效处理结束后用专用工装装夹铝合金锻件和工艺搭台进行最后的精加工。
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