铝合金材料加工成形技术要点分析

铝合金材料加工成形技术要点分析

王树国

东北轻合金有限责任公司  150060

摘要：铝合金作为一种轻质材料在多个领域有广泛应用，但由于其在加工过程中存在膨胀系数较大的问题，这给行业带来一定挑战。为了克服这一问题，行业需要采取措施来抑制铝合金材料的膨胀系数、加强对材料的监控和控制以及推广新型的加工工艺和设备。未来，行业需要深入研究铝合金材料和建立更完善和高效的加工流程，更好地利用其性能，推动相关行业的发展和进步。

关键词：铝合金材料；加工成形；工艺设备

引言：铝合金的优点之一是虽然体积较小，但硬度惊人。铝合金材质拥有更小的体型，更强的加工质量，更强的安全稳定性，还有更出色的耐热性能。也因为它属于高科技新型的环保材料，所以在众多行业中有着更广阔的使用发展前景。

一、铝合金材料的基本特性

相对于其他材料而言，铝合金具备较轻、较紧凑的特点，这使得其在实际应用中具有了很大的优势。目前所选用的铝合金材料为下薄壁和陡度较低，其刚度和强度也较为薄弱，因此在处理时可能存在着更大的困难，特别是在切削时，更容易导致变形。在传统的铣削工艺中，铝合金会因受到热变形力和内部应力的影响而发生弹性变形及翘曲，导致加工零件与实际设计标准不符，同时也降低了产品的合格率。为了解决这一问题，应该从选择合适的切削工具、切削液、夹具和铣削方法以及控制热量和应力变形等方面着手，有效地降低变形概率，保证产品质量。

二、铝合金结构件高速铣削切形成与转变机理

虽然铝合金的密度较低，但其强度却比普通钢材还要高，因此在生产实践中得到广泛应用。在制造刀具方面，铝合金的应用也十分普遍。在高速铣削过程中，铝合金刀具比较容易进行产品加工。因此通过考虑刀具与工件之间自由度关系，对三C数码产品的各种工艺参数进行了解析。进一步深入研究了铣削参数和刀具结构参数对震动加速度和噪音的影响机理和作用原理，并开展了不同铣削参数的正交实验以及对刀具结构参数的深入研究。试验结果显示，在铝合金铣削过程中，低速流动的切削底层金属停留在了刀具的前切削面上，形成了硬度大约为原基体硬度三倍的刀瘤，可作为刃加以切割。但由于切削速度的不同，刀瘤高度也有变化。当切割温度约为三百℃时，刀瘤高度最大；在接近或超过该温度范围后，刀瘤高度将慢慢降低。当切割温度大于五百℃时，刀瘤将会消失。在粗加工时，可增大刀具的工作前角，减小切削力和切削变形，同时保护刀尖并减小刀具磨损。但在精加工时，刀瘤的产生、增长和脱落会改变切削厚度并降低工件的精度。因此，可通过提高切削温度、适当减小切削力和选择合适的切削液来限制刀瘤的产生。总的来说，铝合金的广泛应用和刀瘤的形成机制对于铝合金结构件的高速铣削切削形成和转变具有广泛的实际应用价值和研究意义。

三、铝合金材料加工成形技术要点

（一）铰削加工

针对硬铸件小孔和淬火钢铰削加工，PCBN电镀较刀具有非常高的加工效率和精度。作为目前机械加工领域中广泛使用的刀具，适用于45#钢等材质的加工，具有前后及切削导向功能。根据设计制造，其精度极高，前后导向的下切削误差小于0.04mm。同时，该刀具长度较短，但其加工效率及质量适用于淬火钢等高精度材质的加工，相对于珩磨加工可大幅提高加工效率。

（二）消除内应力

在生产过程中，无论原料是铸造还是锻造，毛坯中都存在着内部应力。为了在切割时避免这些内部应力产生变形，需要在加工前充分处理和消除。据相关数据，毛坯中的内部应力已形成相对平衡的状态。然而在加工时，这种平衡状态会被中断，从而引起一系列的变形。针对这一问题，机械能量抑制发光、自然老化处理、人工老化处理以及锤振动等手段可以消除毛坯的内应力，从而有效降低内应力引起的变形。同时，相关人员还可以采用预处理的手段来处理内部应力。对于加工较大的毛坯，可以采用分布加工的方式，先去除部分电路板，经过一段时间后再采用粗切削。这种处理方法可以完全解决内部应力问题。随着后续电路板的添加，进行半精加工或精加工时，加工弯曲的潜在应力损伤会不断减小，加工精度得到有效提高，变形概率也会降至最低。

（三）挤压成形技术

铝合金挤压成形技术是一种非常适用的加工方法，通过在挤压缸中施加轴向压力来确定模具的形状和大小，随后使用压力加工来制备各种铝合金产品。这项技术的应用范围非常广泛，不仅可以制造各种管状或杆状铝合金制品，还可以制作具有各种复杂形状的空心或实心产品，这些产品都具有不同的横截面和造型。通过连续挤压成形过程，还可以生产大量的铝管、导电管道、热水管道等材料，用于各种工业领域以及家居生活中。

（四）轧压成形技术

除了挤压成形技术，铝合金的成形技术还包括轧制成形技术，该技术通过将材料摩擦性地拉起旋转，通过逐渐减小空间的横截面来形成变形厚度。该技术可根据产品种类的不同分为棒材、管材、带材等不同形状的成形。热轧作为这一成形技术的核心工艺，通过高温操作可以明显减少杂质，从而提高生产效率和经济效益。铝合金材料在热轧工艺中表现出效率高、性能好和质量优异的特点，尤其适用于铸造易拉罐和汽车身板等领域，显著提高了产品的生产效能。

（五）3D打印成形

3D打印技术是一种新兴的制造技术，适用于打印金属零件。该技术利用三维数据模型建立成形件，通过切片软件的二维轮廓分层，控制高能激光束扫描和熔化金属粉末，层层叠加形成三维零件。相较于传统制造流程中繁琐的模具开发和部件组装等工艺，该技术具有快速柔性、高效和成本低等特点。目前，国内外已经应用3D打印技术生产多种铝合金航天零件，其中有报道称，3D打印的铝制无人机最高时速可达到141公里/小时，足以证明该技术在航空、武器装备、模具制造等领域中具有巨大的发展潜力。

（六）钻削加工

在石材、玻璃和陶瓷钻削加工领域，PCD钻头是一种受到广泛应用的工具。无论是镜子孔和其他玻璃加工，还是石材和陶瓷加工，大多数玻璃店和加工厂都采用PCD钻头。这种钻头的直径通常在3至130毫米之间，不仅适用于树脂金刚石材料，还可以使用镶嵌金刚石材料，可谓多才多艺。使用PCD钻头可以显著提高加工效率，同时获得优质的加工效果。另外，金刚石刀具也可以用于导电材料圆柱孔、特型孔和圆锥孔的加工。

（七）刀具设计

环槽刀具的宽度精度对于环槽加工的宽度和精度具有至关重要的影响。即使在加工过程中，刀具的磨损程度较小，它也可能会对环槽宽度的精度产生影响。刀具磨损时，刀具的宽度将变小，加工速度也会减慢，这直接与刀具的几何参数有关。因此，为了减少刀具几何参数对加工速度的影响，需要将副偏角和副后角的数值尽可能降至最低。实践表明，切削刀具的副偏角和副后角与刀具宽度减少的速度密切相关。具体而言，副偏角的取值范围应该在（15' + 5'）之间，而副后角可以设为2-3°左右。

（八）铝合金铸造

铸造技术通过将铝合金熔化形成熔液来实现。在熔炼过程中，铝合金可以采用不同的铸造形式，充分利用铝合金良好的充填性和流动性，制造出各种复杂的空心结构体或零部件。例如，可以利用铸造技术来生产用于运输或工业领域的铝合金厚板、支架、箱体或轴轮等产品。

结语：铝合金已成为现代工业发展中不可或缺的应用和加工材料。在今后的发展过程中，与其相关的优化和改进将进一步提升铝合金在整个制造过程中的质量水平，从而满足我国各个领域的发展需求。这项技术的广泛应用和科学发展动力在未来还有着大量的空间和发展潜力。铝合金的研究和开发将改变各行各业的生产方式和技术，带动整个国家的科技进步和经济发展。同时，铝合金的强度、耐腐蚀性和造型性等特性，使其成为重要的材料之一，应用范围极其广泛，不仅用于制造汽车和飞机，更可以用于建筑和电子设备等众多领域。因此，铝合金的发展和应用前景广阔，将在未来的经济和社会发展中发挥重要的作用。

参考文献：

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