导热性强、密度低、抗腐蚀能力好、导电性能强是铝合金材料具的优势,因此被广泛用于航空、高铁、汽车、医疗等领域,不过铝合金材料膨胀系数较大,在加工过程中如果未能正确应用工艺可能出现变形情况,以下就相关内容进行分析。
一、铝合金材料主要特征
(一)铝合金熔炼铸造基础特性
当前研究领域重点集中于以下方面:其一,不同冷却速率条件下分析不同类型铝熔体凝固过程的热场分布形式;其二,熔体凝固前沿初始形态;其三,凝固前沿推进过程中形态演化规律;其四,凝固前沿推进对热应力场的影响[1]。
(二)铝合金塑性变形基础特性
目前研究方面对外加形变力影响不同尺寸以及不同种类破碎机制的影响较多,并且分析了外加形变速度、形变力、形变量、形变抗力、形变温度分布等方面的内在关系。
(三)铝合金热处理基础特性
研究方面集中于铝合金固溶热处理期间不同类型一次凝固析出相发生回溶的热力学机制以及动力学机制,还分析了铝合金急冷处火处理期间,材料残余内应力以及传热机制的变化规律[2]。
二、铝合金材料加工成形要点
(一)内应力的消除
生产期间不管是铸造还是锻造制作的铝合金毛坯材料都会出现内应力,加工前期需要消除内应力。研究发现,毛坯材料的内应力处于较为平衡状态,不过加工期间会打破这种平衡状态,由此出现形变。需要应用人工时效处理、自然时效处理、机械能消除退火处理等方法将毛坯部分内应力消除,由此缓解切削加工期间内应力引发的形变。此外,工作人员可通过预加工方法处理内应力,针对加工余量较大的毛坯部件可应用分布加工方法,取出大部分毛坯余量,放置一段时间后通过粗加工方式释放的应力,之后对毛坯余量进行精加工或半加工处理,可以降低加工余量破坏的应力的效果。
(二)刀具切削性能改善
1合理选择刀具参数
对于刀具前角来讲,需要确保刀刃强度足够,前角越大切削越锋利,可以降低切削力以及这一过程中出现的变形问题;对于切削后角来讲,在粗铣过程中工作人员往往加大切削进给量,使得切削量加大,如果刀具散热性无法达标就会出现变形,加大刀具后角可以减少后刀面和加工表面的摩擦。此外,螺旋角会影响铣消过程中的平衡性,合理选择螺旋角可以降低铣削振动频率,由此防止变形和振动情况[3]。
2刀具结构的合理选择
利用梳齿铣刀生产时碎屑空间较大,加之铝合金塑性好,切削期间利于铝合金材料加工成形,主要在于梳齿铣刀在特定直径下有较大的容纳空间,进而缓解切削堆积造成的挤压变形问题。此外,应用双正前角铣刀可以减少碎屑数量,提升切削稳定性,减少变形出现几率。
3严格控制刀具质量
技术人员需要利用细油石轻轻打磨,使磨刀细齿切削表面更为光滑,降低切削期间摩擦生热情况,进而达到降低切削变形的效果,同时需要有效控制刀具磨损标准。刀具切削时间的延长会出现不同程度磨损,为此在实际操作中技术人员需以耐磨性强的刀具材料为首选,然后定期维护磨损部位。
(二)改善工件夹装方式
对于薄壁型衬套零件加工期间要高度重视力度和夹紧角度,借助轴向端面压紧方式可以防止变形。此外,薄壁板类型零件可以通过真空吸盘的方式提升加紧程度,也可以在精加工完成前期适当松紧,恢复体弹性后逐渐压紧,直到满足精加工的压紧力度。
(三)优化刀具加工路径
以往的铣削加工为了增强加工效率,普遍应用加快改进速度的方法,而切削力度加大也会增高刀具变形出现的几率,夹紧力过大也将导致工件出现不同程度变形。为解决以上问题,可以应用CAM技术或者CAD技术优化传统加工生产曲线,由此生成更加合理的加工路径,达到控制变形的目标。
(四)科学选择加工流程
在铝合金材料加工期间需要结合材料特性预防变形情况,通过合理的加工方式可以达到这一目标。比如粗加工和精加工相分离的方法能够有效降低粗加工变形发生几率,对于部分精度要求高的零件可以在粗加工完成后静置一段时间再精加工,不仅可以修复变形情况,还能确保零件高精度。如果有较大的加工余量,该情况下连续加工热量开始集中,不利于散热,所以选择对称双面加工方式,并且采取多次加工方法。此外,同一方向多个型腔零件加工期间可应用逐层加工方式,由此减少零件变形不均造成的变形问题[4]。
三、铝合金材料加工技术的应用
(一)主要技术
1轧压成形技术
在铝合金成型技术当中轧压成型技术十分关键,该技术依靠摩擦力形成旋转空间,之后通过压力逐渐减小横断面,随着厚度增加以及长度增加完成形变过程,制造出棒状、带状或者管状的材料。热轧就是在高温期间借助杂质存在的状态,可以有效降低能耗,提升生产效率,该情况下应用铝合金材料高性能特征可以有效提升汽车车身板以及易拉罐铸造效率。
2挤压成型技术
该技术就是把铝合金材料挤入容器当中,然后通过轴承向金属施加力,由此生成一定尺寸和形状的模板。在产生塑性形变期间借助压力加工可以让铝合金生成不同形状,整体来看挤压成型技术能够生产出棒状或者管状的铝合金产品,还能够通过断面形状形成更为复杂的实心或者空心材料,在挤压过程中可以用于制作导电管、水暖管。
33D打印技术
该技术是近年来制造领域广泛重视的新型零件生产技术,借助金属零件建立三维图形数据模型,然后通过切片和软件分层模型得到各种轮廓以及二维面数据,再通过高能激光束聚焦金属粉扫描与融化得到三维金属管件,该技术在发展过程中已经被用于模具制造领域,有着广阔应用前景[5]。
(二)铝合金应用
1在航空领域中的应用
铝合金材料被广泛用于航天领域,当前波音科技当中应用铝合金材料占比接近80%。在飞机制造过程中将铝合金作为主要原料,比如高性能稀土铝合金、新型高强耐蚀耐热铝合金,其中飞机起落架、航天飞行船的燃料箱以及仪器舱都是由铝合金制作而成。
2在汽车制造行业中的应用
在汽车产业中应用铝合金可以降低汽车重量,提升其它方面性能,有研究发现汽车重量每降低100千克,行驶1公里燃油量可降低0.7升。相较于传统的汽车制造材料,铝合金材料有着重量小、抗压能力强、回收率高等优势,当前铸造期间铝合金主要用于汽车发动机轴承、轮胎等方面,变形的铝合金材料主要出现在行李箱、车身面板、保险杠等部分,对推动汽车行业节能减排工作有很大帮助。
3在包装领域中的应用
铝合金应用范围广泛,除了重工业领域,在日常生活中易拉罐以及食物包装罐的轻质包装材料都需要利用铝合金材料,并且香烟以及化妆品等工业生产也需要利用该种材料,由此推动我国轻工业发展。
结束语:
综上所述,高性能、高均匀性、低碳环保、低成本是铝合金材料的主要优势,当前铝合金已经成为当前工业生产重要的加工材料,除了用于航空航天、汽车制造行业、包装领域也被用于石油勘查、建造行业、电子领域,今后需要继续加强对铝合金材料的研究,由此减少铝合金材料变形,创新铝合金材料加工技术,助力更多行业发展。
参考文献:
[1]田淇鑫,王艳丽,梁洪铭. 高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 商品与质量,2020,22(18):189.
[2]王有良,张涛,俞伟元. 铝合金与树脂基复合材料连接技术综述[J]. 稀有金属材料与工程,2020,50(3):753-761.
[3]杨柳,杨庆煊,郑大腾. 铝合金材料加工刀具设计及工艺优化研究[J]. 内燃机与配件,2020,13(23):86-88.
[4]叶贻周. 浅析铝合金材料机械加工安全技术与事故防范措施[J]. 安全与健康(上半月版),2020,22(3):39-40,44.
[5]冉文君. 铝合金材料的应用及其加工成形技术[J]. 产业创新研究,2020,22(10):116,118.