铝合金薄壁件加工变形控制
铝合金薄壁件加工变形控制技术研究
High & New Technology︱10︱2016年10期 铝合金薄壁件加工变形控制技术研究李善勇安徽方圆机电股份有限公司，安徽 蚌埠 233010摘要：在航天、电子等高精尖制造业发展的过程中，对铝合金薄壁件的性能要求非常高，但在铝合金薄壁件加工时会受到多种相互作用的因素影响产生变形，所以控制铝合金薄壁件加工变形的技术研究一直被高度关注，在此背景下，本文针对铝合金薄壁件加工变形控制技术展开研究，为相关制造企业提升铝合金薄壁件加工效果提供参考。
关键词：铝合金薄壁件；加工变形；控制变形中图分类号：TS912+.3 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0010-01前言 现阶段人们普遍将壳体件、环形件、平板件、轴类件等工业零件中，零件壁厚与内径率半径或轮廓尺寸的比值小于0.5的称为薄壁件，其一般具有刚度低、结构复杂、加工过程中易变形等特点，如果将变形的铝合金薄壁件应用于高精尖产品中，会直接影响其使用性能，甚至造成严重的安全事故，所以提升铝合金薄壁件加工变形控制技术具有重要的现实意义。
1 铝合金薄壁件加工变形控制技术的主要思路 在铝合金薄壁件加工的过程中，毛坯的形状、内应力，刀具的材料、刚度、磨损，装夹系统的定位精度、加紧位置和夹紧力，机床的耐度、控制精度，切削的温度、深度、进给量等条件，工件的材料、结构形状以及刀具半径、工作组织、加工顺序、随机因素等其他因素均可能会引起铝合金薄壁件的加工变形[1]。
现阶段人们已经认识到基于加工工艺系统整体刚性进行薄壁件加工对控制薄壁件加工变形的重要性，并在实际加工的过程中结合导致铝合金薄壁件加工变形的因素采用以下手段进行控制。
首先，对具体的加工机床和刀具进行优化，例如，日本提出从薄壁件两侧壁用双轴机床同时加工，我国提出的利用立铣刀从侧壁进行加工等，均具有控制薄壁件变形的效果。
其次，灵活的选用多种加工工艺控制变形，如在精加工完成后直接进行切光和手工打磨，可以达到优化走刀路径和刀具切削用量控制变形的效果，但此方法在应用的过程中会对加工效率产生影响[2]。
铝合金薄板焊接变形预防措施
2015-04-16
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金薄壁焊接结构因重量轻、耐腐蚀、
加工性能优异、易于连接而在高速列车车
体大量应用。但由于铝合金的热膨胀系数
大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，
严重影响结构的制造精度和使用性能。
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术。铝 合金搅拌摩擦焊接接头可以避免产生气孔 和凝固裂纹等熔化焊中的常见缺陷，焊接 变形小，接头强度高。由于搅拌摩擦焊在 轻金属连接中的优势，近年来成为工程研 究的焦点。
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 有人对1.4mm的LF21铝合金薄板进行搅拌摩 擦焊焊接实验，焊接强度达到母材的78-83 ％。有人对于lmm厚度6061-T6铝合金的搅 拌摩擦焊工艺展开相关研究，在优化焊 接工艺参数下，接头的抗拉强度可以达到 母材的103％。
三、铝合金薄板焊接变形预防措施
• 控制焊接变形，可在设计部件结构时就考 虑，如在保证结构有足够强度的前提下， 适当采用部分冲压结构来代替焊接结构， 以减少焊缝的数量和尺寸；尽量使焊缝对 称布置，以使焊接时产生均匀的变形，防 止弯曲变形。在生产实践中，控制变形的 措施主要有以下几种：
1.焊接顺序
• 对称焊接是用来克服或减小由于先焊的焊 缝在焊件刚性较小时造成的变形。先焊接 焊缝少的一侧，后焊接焊缝多的一侧，使 后焊缝的变形足以抵消前焊缝的变形，以 使总体变形减小。对于较长的焊缝，如果 采用连续的直线焊接，将会引起较大的变 形，这除了焊接方向因素之外，焊缝受到 长时间加热也是一个主要原因。
2.铝合金薄板的MIG焊
薄壁零件加工变形分析及控制方案
0引言薄壁零件在设备中的应用都是在核心部位，其质量以及性能的会关系到设备的应用效果。
再加上薄壁零件在加工制作的过程中需要对其外壁进行不断的打磨，以使其达到薄壁的要求，但这就导致了资源的浪费，这与我们现代社会提倡的“绿色生产”相违背。
为了相应这一号召，就必须对生产的工艺以及过程进行分析，探究新的技术，实现薄壁零件的最优生产。
1薄壁零件的介绍薄壁零件顾名思义就是零件的壁厚较薄，一般为轮廓尺寸的二十分之一。
最重要的是其有强度高、承载性强等优点，受到了很多行业的追捧。
在航天产品以及汽车制造工业中，其具体的特点有以下几点，一是结构复杂，在很多的大型产品中应用，为了减轻产品整体的重量，会增加很多的复杂设计，因此故意忽略了装夹定位，导致零件结构复杂。
二是壁薄，尤其是对于一些精密产品来说，需要零件的壁更薄，并且不适合集中粗放生产，这就相应的增加了零件的生产时间，进而使得提高了制造成本。
三是精准度高，薄壁零件要适应设备的制造的需求，就必须提高自身的精确度，为此从毛坯加工到成品需要多道工序，而且在加工的过程中极易出现变形的情况，甚至会导致零件报废。
这增加了制造企业的经济负担，延误了买家的使用也对零件生产企业的形象造成了破坏。
四是制作材料多，为了使用不同产品生产的需求，薄壁零件在加工的过程中会应用到多种材料，例如塑料、钛合金等等，不同的原材料对工业的需求也有差别。
2薄壁零件的加工变形原因2.1残余应力因素薄壁零件中的残余应力是有两个方面组成的，一部分是毛坯残余应力，另一部分是加工过程中的残余应力。
例如在钛合金加工的过程中需要加热使得材料软化，导致了残余应力的产生，应力的释放会造成零件的变形，进而影响零件的质量。
2.2工件装夹因素为了应对加工的过程中零件出现的位移现象，技术人员会利用工件装夹对零件进行固定。
但是工件装夹产生的力也会对零件生产的精准度造成一定的影响。
因此，技术人员在设定工件装夹是要将其松紧调整到最优的模式。
减少薄壁零件产生变形的主要措施
减少薄壁零件产生变形的主要措施薄壁零件在现代制造中可是常客，但说到它们的变形问题，那可真是让人头疼得像一颗老鼠在心里跑。
今天就聊聊，怎么才能有效减少这些变形，让咱的薄壁零件在工厂里乖乖待着，不再像个调皮的小孩。
1. 材料选择很重要1.1 材料性质说到材料，真是不能掉以轻心。
薄壁零件的材料就像是打比赛的运动员，得选对了，才能发挥出最佳状态。
通常，咱们得选那些强度高、韧性好的材料，比如某些铝合金或者高强度钢。
这样一来，就能减少在加工和使用过程中出现的变形情况。
毕竟，强者自有强者的道理嘛。
1.2 材料处理除了选择好材料，后续的处理工艺也不能马虎。
热处理、冷加工这些小细节，都是决定材料最终性能的大功臣。
比如，适当的热处理可以让材料内部的晶体结构更加稳定，变形的几率自然就降低了。
就像咱们吃饭一样，讲究的不是光有好菜，还得看怎么烹饪，才能把味道调到最佳。
2. 设计阶段得用心2.1 设计优化设计环节可是重中之重，咱们可不能草草了事。
薄壁零件的结构设计得合理，才能避免后续的变形问题。
要尽量让受力均匀，避免局部应力集中。
要是设计得不够合理，变形就跟过年一样，年年有余，没完没了。
2.2 加工余量加工余量也得考虑清楚，太少了会让零件受力不均，太多了又浪费材料。
就像做菜，要有点盐，但不能放太多，否则味道就变了。
我们可以在设计时就合理规划一下加工余量，这样才能做到既经济又实用。
3. 加工过程的细节把控3.1 加工工艺咱们进入加工环节，得注意工艺参数的设置。
比如，刀具的选择、切削速度、进给率等，这些都是影响零件加工质量的重要因素。
选择合适的切削工具，不仅可以提高加工效率，还能有效减少变形。
就像选对了鞋子，走路也能轻松许多。
3.2 夹具的使用夹具的使用更是不能忽视！好的夹具能牢牢把住零件，让它在加工过程中不乱跑。
就像是给小孩系好安全带，才能确保他乖乖待在座位上。
如果夹具设计得不合理，零件就容易在加工中发生变形，最后吃亏的可是咱自己。
探索薄壁铝合金零件在铣削加工中热变形与应力变形的控制
图 ２ 导热框架零件尺寸 通 过 改 进 传 统 的 加 工 方 法 ， 即在 加 工 过程中合理选择夹具 、刀具 、 切削液 、 削 铣
方 式 等 ， 减 小 切 削 力 ， 低ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ夹 紧 力 ， 制 来 降 控 和 降 低 热 变 形 和 应 力 变 形 ，从 而 提 高产 品
一
２ ｒｍ ， 加 上 各面 之 间有 着较 高 形 位 公差 ５ ａ 再 【精度和表面粗糙度 ，可 见该零件在铣加 工
到表 面 粗 糙 度 的技 术 要 求 ， ．５ ｍ薄 壁 处 ０ ７ｒ ａ
也经常出现扭 曲变形现象 。 在加工１２ ｒｍ ．５ ａ
厚的内框面时 ， 由于采用移动压紧的方法 ， 夹紧力的影响不但使该平面厚度尺寸精 度 达 不 到 技 术 要 求 ，而 扭 曲变 形 现 象 更 为突
加 工 时 应 以 冷 却 为主 。 工 件 与 夹具 部 分 采 用 水 基 切 削 液 进 行 常 规 浇 注 冷 却 ， 为 克服 水 基 冷 却 液 的 不 足 ，切 削部 分 采 用 喷 雾 冷
却 。喷 雾 冷 却 的 降 温 效 果 要 优 于 单 相 切 削 液 。利 用 气 液 混 合流 体 喷 出时 体 积 骤 然 膨 胀 消 耗 内能 吸 收 热 量 ，单 位时 间 内能 带 走 大 量 的 热 量 ，可 比常 规 浇 注 冷 却 降 低 温 度 １ ～２ ℃ ，进 一步 增 强 了降 温 效 果 。 ０ ０
良好的效果 ，从而提高成品的合格率。
．
下面以某导热框架 （ 如图 １ 为例，对 ） 这一典型的薄壁铝合金零件的铣加工过程
槽铣刀在煤 油冷却 下进行加 工。虽然也分 粗、 精加工， 并配有较精密的止 口压撑板等
铝合金薄壁件加工变形控制技术研究
铝合金薄壁件加工 变形控制技术发展 趋势和展望
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要高精度和高稳定性的设备，导致制造成本较高。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要精确的工艺参数和操作技巧，对工人的技能水平要求较高。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要长时间的加工过程，导致生产效率较低。
铝合金薄壁件加工变形控制技术需要严格的质量检测和控制，对检测设备的精度和可靠性要求 较高。
技术方案和实施过程应用案例：介绍铝合金薄壁件加工变形控制技术在具体产品中的应用案例，如航空航天、汽 车、电子等领域，说明该技术的应用价值和广泛性。
提高了铝合金薄壁 件加工精度和表面 质量
减少了加工过程中 的材料浪费和废品 率
提高了生产效率和 加工周期，降低了 生产成本
为企业带来了显著 的经济效益和社会 效益
铝合金薄壁件加工 变形控制技术
进给量：优化进给量可以提 高加工精度和减小变形
切削速度：选择合适的切削 速度以减小加工变形
切削深度：合理选择切削深度， 避免过大的切削力导致工件变 形
刀具薄壁件装 夹方式对加工变 形的影响
优化装夹方式的 方法和原理
铝合金薄壁件加工 变形控制实验研究
铝合金薄壁件：材料为5A06铝合金，壁厚为1mm
实验设备：数控加工中心、切削液、夹具等
实验环境：温度20±5℃，湿度50±10%
实验步骤：加工前对铝合金薄壁件进行热处理和表面处理，采用合适的切削参数进行加工， 观察并记录加工变形情况
实验材料：铝 合金薄壁件
实验设备：加 工机床、测量
加大研发投入，持 续探索更有效的加 工变形控制技术。
加强产学研合作， 推动铝合金薄壁件 加工变形控制技术 的创新发展。
建立完善的加工变 形控制技术标准体 系，提升行业整体 水平。
铝合金薄壁件加工过程变形控制探讨
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院杨志军（1974-），男，湖南邵阳人，深圳大富科技股份有 限公司，本科，工学学士，机械工程师，高级技师。
大幅度的形变，造成薄壁件的质量不能符合要求，也影响 零件的标准尺寸。在对铝合金薄壁件加工时，往往会会出 现切割的热应力与抵抗力相互作用，如果参数设置的不够 合理，也会导致铝合金薄壁件出现变形。由于铝合金薄壁 件具有容易变形、刚性差等特征，在使用夹具时，如果夹紧 力与支撑力的作用点位等参数设置不当，就会产生附加作 用力，容易导致薄壁件变形，铝合金薄壁件的加工过程是 刀具与铝合金工件相互作用的过程，在加工中，刀具与铝 合金之间能够产生挤压、拉伸等现象，这种情况会造成铝 合金产生无法恢复的该塑性变形。
大型薄壁铝合金壳体数控加工变形模拟分析与控制(下)
的最终变形 。切削力要依据不 同的参 数设置其 数值 ，参 数不同导致壳体的变形也不相 同。主要 难点在切 削过 程 时分力的影响和刀具 与工件之 间的摩擦效应 ，变形 主要 针对产 品受力所产生 的变形在 弹塑性 变形 的临界 区内。
（ ）数控车削加 工的有 限元模拟 ２
在 Ｍ ｃＭａ ｓ． ｒ ｃ环
境下，采用热应力耦合分析对某该材料产品进行车削加
工模 拟 分 析 ，采 用 的 加 工 参 数 设 置 其 刀 尖 圆 角 为
／ ．ｍ ｔ ４ ｍ，进给速度为 ２５ ０ ｍ ｓ Ｏ ０ ｍ ／ ，背吃刀量为 ０ ３ ｍ， ．ｍ
对 于大余量的切削变形模拟分 析 ， 其适应性较差。
第三种方案 ：采用接触的模拟算法 ，通 过刀具刚体 与零件柔体的接触 间隙 （ ． ～０ ２ ｍ）来模拟切 削量 。 ０ １ ．ｒ ａ 如每次的背吃刀量 ，考虑摩擦 的影响 ，来模拟 由于接触
切削力所产 生 的累积 弹塑 性变 形 、加 工前 产 品的状 态
张
颖
王德跃
产生的力导致最终壳体在弹塑性临界 区范 围内的变形情
况。
第三种方案是采用接触间隙条件来模拟 每次材料的
去除率是 比较符合实 际的 ，也需 要考 虑材料 的弹塑性 。
但是这三种方案对于大余量的多次工步切 削加工 ， 适 其
余应力 ， 控制变形的作用 明显 。③切削加工 过程 中的工
序余量分配和工序组合 。由于加工过程 中存在加 工余 量 小 ，而所有的面均需要进行加工 ，各特征加工余量分 配 本身存在较大差异 ，从而对 导致 变形 的因素变得 复杂 ；
忽略了热变 形和残 余应 力 的影 响。第二 种 和第 三种方
减小薄壁铝合金零件加工变形工艺研究
减小薄壁铝合金零件加工变形工艺研究摘要：由于航空航天产品具有轻量化的要求，其零部件普遍采用铝合金材质的薄壁结构。
薄壁结构在制造过程中由于其相对刚度较低、加工工艺性差，在切削力、装夹力、残余应力等因素作用下极易发生变形问题，制造难度极大。
本文以航空产品薄壁腔体零件为例，采用优化工艺路线，设计合理装夹方式，优化切削刀具和刀具路径等工艺控制策略，可以实现该类零件的高效加工，有效减小了加工变形，该方法对同类薄壁腔体零件数控铣削加工具有一定的指导意义和参考价值。
关键词：薄壁零件；加工变形；工艺控制由于减重等因素的需要，薄壁结构零件在航空航天领域的应用越来越广泛，该类零件一般由铝板整体加工而成，材料去除率最高达90%以上。
对于薄壁铝合金零件铣削加工，如何保证和控制加工变形是保证加工质量的关键因素，减小和控制加工变形一直是航空航天企业急需解决的问题。
近年来，有大量学者在薄壁铝合金零件铣削变形的控制方面做了大量的研究，但由于实际加工过程的复杂性，不同的实际问题需要根据零件特点和加工条件进行确定。
在切削加工中零件发生变形会出现诸多质量问题：例如，出现颤纹，表面光度不好，厚度尺寸不符合公差要求，零件报废等等，本文采用优化工艺路线，设计合理装夹方式，优化切削刀具和刀具路径等工艺控制策略，实现了该类薄壁铝合金零件可靠加工。
1.零件的结构特点和加工难点1.1零件的结构特点某产品前盖板（见图1），牌号为3A21，截面尺寸192mm×164mm×15.4mm，腔深13.9mm，腔体底部最薄处为1.5mm，圆角有R1.5、R2。
内腔形状和位置尺寸精度0.1mm，由铝板整体加工而成。
图1 薄壁腔体零件1.2零件加工难点（1）零件为典型的薄壁腔体零件，具有高精度、薄壁、低刚性等特点。
加工中急需解决的主要问题是如何控制和减小变形。
影响和造成工件加工变形的主要因素是切削热和切削力产生的应力、毛坯内的残余应力以及工件装夹产生的应力和变形等。
铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法
铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。
这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。
薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。
一、薄壁件加工变形因素分析薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。
薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面：1、工件材料的影响铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。
但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。
因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。
2、毛坯初始残余应力的影响薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。
这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。
3、装夹方式的影响在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。
其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。
4、切削力和切削热的影响切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。
切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。
在切削加工过程中，刀具与工件之间的摩擦所作的功，材料在克服弹性、塑性变形过程中所做的功绝大部分转化为加工中的切削热，从而导致工件的各部分的温度差，使工件产生变形。
铝合金加工避免零件变形的若干方法
铝合金是重要的工业原料。
由于其硬度相对较小，热膨胀系数较大，在薄壁、薄板类零件的机械加工中容易发生变形。
除了改善刀具性能以及预先采用时效处理消除材料的内应力之外，从加工工艺的角度，也可以采取一些手段，尽可能减少材料的加工变形。
对称加工法:对于加工余量较大的铝合金零件，为了创造较好的散热条件，减少热变形，必须尽量避免热量过于集中，可以采取的方法就是对称加工。
举例来说，有一块90毫米厚的铝合金板，需要将其铣削至60毫米厚，如果铣好一面之后立即翻过来铣另一面，由于每个面都是一次加工到最后的尺寸，连续加工余量较大，就会造成热量集中的问题，这样铣削好的铝合金板平面度只能达到5毫米。
如果采用两面反复进刀的对称加工方法，使每个面都至少分两次加工，直到达到最后的尺寸，这样有利于散热，平面度可以控制在0.3毫米。
分层多次加工法:当铝合金板类零件上有多个型腔需要加工时，如果采用一个型腔一个型腔依次加工的方法，就容易使型腔壁由于受力不均匀而缠上变形。
最好的解决方法是采取分层多次加工法，即同时对所有型腔进行加工，但不是一次加工完成，而是分若干个层次，逐层加工到需要的尺寸。
这样零件受力会比较均匀，变形的几率较小。
恰当选择切削用量:选择恰当的切削用量可以有效减少切削过程中的切削力和切削热。
机械加工过程中，切削用量偏大会导致一次走刀的切削力过大，极易造成零件的变形，而且对机床主轴刚性和刀具的耐用度都会造成影响。
在切削用量的各个要素中，对切削力影响最大的就是背吃刀量。
按说减小背吃刀量有利于保证零件不变形，但同时又会降低加工效率。
数控加工的高速铣削能够解决这一问题，只需要在减小背吃刀量的同时，相应地增大进给量，并提高机床的转速，就可以既降低切削力，又能够保证加工效率。
走刀顺序有讲究:粗加工和精加工应该采用不同的走刀顺序。
粗加工要求以最快的切削速度，在最短的时间内切除毛坯表面的多余材料，形成精加工所要求的几何轮廓。
因此强调的是加工效率，追求单位时间内的材料切除率，应该使用逆铣。
铝合金薄壁件加工过程变形控制
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M 管理及其他 anagement and other
需要多次转换位置，若工件缺少固定的位置，所进行加工的薄壁
件位置有很大的可能性无法达到要求。在通常情况下加工方式
选取的为“2X2Y4Z”，在正式加工前需要在 X 和 Y 轴上设置数据
第一，切削热。在切削操作中，切削热主要是由各种变形和 刀具与工件所产生的摩擦力转化而来的，可使工件的各个部位 的温度不均等，进而发生变形。
第二，切削力。刀具切削力作用在工件的表面使其恢复弹性 之后平整度不高。因为薄壁件的内部结构较复杂，所以加工时削 用量不能相同。并且位置的不同壁厚是不均匀的，以至于在削力 作用下加工各个位置的变形量不同，在工件的表面使其恢复弹 性之后壁厚存在误差。
坐标，在加工的过程中，要将远技术坐标加以利用，以此为参考
技术坐标，辅助坐标可选取近距离的坐标设计板块，加工完成后
实施薄壁件核验操作时，近距离和远距离之间的直线度要小于
0.01mm。另外，要有序的进行加工，第一步是粗加工，先将薄壁
M 管理及其他 anagement and other
铝合金薄壁件加工过程变形控制
周旭阳
（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015）
摘 要 ：在对铝合金薄壁件加工的过程中，精度的控制是很有必要的，并且还要将各种因素做到全面的考虑，避免加工工件发
生变形，本篇文章主要是分析了铝合金薄壁件在加工的过程中影响其变形的因素，并且还根据薄壁在加工时的要求总结了主要
若工件加工的技术所参考的技术参数不合理，会严重影响 铝合金薄壁件变形的程度，比如，加工时需要的切削力较大，所 用刀具会出现磨损，使铝合金薄壁件产生形变的程度增大，降低 了薄壁件的质量，使其达不到标准要求，以至于工件的尺寸达不 到标准，存在偏差。除此之外，铝合金薄壁件在加工中抵抗力与 热应力两者频繁相互影响，再加上技术参数设计的不合理，铝合 金薄壁件发生变形的可能性很大。铝合金薄壁件有着刚性弱、易
控制和消除铝合金工件变形,难点、要点个个击破!
1 序言铝合金是最广泛应用于航空航天、汽车、军工及化学工业等行业的有色金属结构材料，特别是近几年来，在军工、航空航天业中的应用呈现井喷状态，其中结构件成为机械加工中的主流产品。
结构件的外形结构千奇百怪，精度要求也呈现直线上升趋势，其工艺目标一直是控制变形、提高精度。
下面以无人机中的结构件方形框架为例，探讨提高铝合金结构件加工精度的方法。
2 隐蔽型无人机精密旋转摄像头结构图1为隐蔽型无人机精密旋转摄像头，其内部结构和组成部分如图2所示，其中绿色结构件为方形框架。
a）检测台与旋转摄像头成品b）摄像头局部细节展示图1隐蔽型无人机精密旋转摄像头a）平视视角 b）旋转180°视角图2 旋转摄像头内部结构和组成部分3 方形框架的结构特点及关键技术难点图3为方形框架结构，其特点为：①从结构组成上看，方形框架为整个结构的载体。
②从输出精度上看，方形框架为关键精密输出结构件。
a）外形结构 b）内部结构图3 方形框架结构方形框架加工的关键技术难点分析如下。
1）图4为方形框架结构尺寸及精度要求，其中两处mm水平通孔及端面mm竖直通孔及端面的几何公差要求非常高，且表面粗糙度值Ra ＝1.6μm。
图4方形框架结构尺寸及精度要求2）方形框架材料为7075铝合金，作为7系商用最强力合金之一，其强度高，同时具有良好的力学性能。
该产品能够研发出来，材料的特性也起到了关键作用。
3）产品实体联接部分壁厚仅为3mm，符合薄壁件结构特点。
4）加工时，在保证产品精度的同时，如何控制产品的变形显得尤为重要。
4 方形框架加工工艺方案的制定及分析4.1 第一次开粗对原始方形毛料进行大余量开粗，形成开放性毛坯。
第一次开粗如图5所示，其中绿色部分为工件，透明外形方块为开粗后的毛坯。
U形内腔单边留余量0.5mm。
a）正视b）侧视图5 第一次开粗工艺分析：①去除大余量毛坯，让产品做初次应力释放。
②之所以不做成封闭性毛坯，是因为考虑切断后，会因产品局部的应力集中而导致变形。
高强度铝合金薄壁件铣削加工变形控制的研究
高强度铝合金薄壁件铣削加工变形控制的研究作者：雷晓燕来源：《知识文库》2019年第15期航空产品中常使用高强度铝合金航空薄壁结构，但其在铣削加工中极易出现变形问题，增加制造难度，本文对造成薄壁件结构变形因素进行分析，提出预防与控制变形工艺措施。
近年来，航天工业发展迅速，对航空航天的产品设计理念产生极大影响。
零件设计逐渐向复杂化、整体化与薄壁化发展，同时要求其的整体结构强度提高，装配环节简化，飞机自重降低。
然而，高强度铝合金航空薄壁件的铣削加工问题使航空制造业面临新挑战，该构件刚性差、结构复杂，且若材料的去除量大时无法控制加工尺寸与变形的稳定性，降低产品的一次性合格率。
此为我国航空航天的生产领域中一个瓶颈，而且，高强度铝合金航空薄壁结构件的加工变形控制成为一个有待解决的问题。
在铣削加工中，造成造成薄壁结构件发生变形因素较多，如工艺参数、夹具、机床、刀具、工件等，主要因素为材料内部残余应力、工装夹具装夹力与加工过程切削力。
1.1 材料内部的残余应力在无外力荷载的作用下，材料内部残余应力处于平衡状态，毛坯为不变形状态。
当薄壁的结构构件加工过程中残余应力毛坯材料一旦被去除，释放残余应力，使原有平衡状态打破，在加工完成以后，重新分布应力，新平衡状态产生，造成加工变形。
在薄壁结构的加工过程中具有较高的材料去除量，高达90%，这就使得释放残余应力所造成的加工变形十分明显。
1.2 加工过程的切削力加工板框类薄壁结构件方式以铣削为主，材料在铣刀的挤压作用下，剪力失效，去除材料基体，使得工件和铣刀的前后刀面间由强烈变化的切削力。
薄壁结构件的刚度降低，在切削力作用下局部弹塑性变形，工件表面质量与加工精度降低。
此外，铣削时工件加工表面出现塑形变形，且与其他部位弹性变形发生互相牵制，并有新加工应力形成，材料内部的原有应力分布状态进一步改变，最终造成加工变形。
1.3 工装夹具的装夹力薄壁结构件在铣削加工中，装夹方案对加工变形产生较大影响。
铝合金薄壁件变形控制的工艺研究
铝合金薄壁件变形控制的工艺研究摘要：结合铝合金薄壁深孔壳体的结构特点以及材料特性，分析零件在加工过程中产生变形的影响因素。
从加工工艺设计、零件装夹方式、切削刀具、切削用量等方面进行分析，提出合理的控制加工变形的方法，满足产品设计技术要求。
关键词：铝合金、薄壁件、变形Study on deformation control technology ofaluminum alloy thin-walled parts（Xi’an Modern Control Technology Research Institute,Xi’an 710065 ,china）SUN shaoyu , LIweiyu, LIU qiang, LiboAbstract: Combined with the structural characteristics andmaterial characteristics of aluminum alloy thin-walled deep-hole shell, the influencing factors of deformation of parts during machining were analyzed. From the aspects of process design, parts clamping mode, cutting tools, cutting parameters,etc., a reasonable method to control machining deformation is put forward to meet the technicalrequirmengts of product design.Key words: aluminum alloy, thin-walled parts, deformation铝合金材料在航空航天、军工、船舶等行业得到了广泛应用，其所加工的形状越来越复杂，尺寸精度和粗糙度要求越来越高。
薄壁铝合金零件热处理变形控制工艺研究
薄壁铝合金零件热处理变形控制工艺研究摘要：薄壁铝合金的热处理参数均有完整的手册、技术数据等资料可以参考，而且参数准确完整，但是就热处理操作过程而言，可参考的文献非常少，尤其是各单位的产品特点、设备及加工特性、工艺设计习惯等都各不相同，这些方面的影响使得在具体零件热处理的操作中有一定区别，甚至某些方面相差甚远，它受经验因素影响较大，而这部分经验有别于理论研究，没有成熟的资料可以借鉴，往往是在生产实际和某种特定产品反复生产实践中总结归纳获得的。
关键词：薄壁铝合金零件热处理变形控制工艺研究前言：大型薄壁结构零件具有结构紧凑、节省材料、重量较轻等优良特性，能够有效减轻整体结构的质量，近年来越来越广泛地应用于航空航天领域。
然而，薄壁结构零件由于壁薄、刚度较低等特点，在加工过程中受到初始残余应力、切削力、装夹条件等因素的作用极易产生加工变形，严重影响薄壁零件的尺寸精度与使用性能。
因此，针对大型薄壁结构零件的加工变形进行合理的分析预测，研究影响加工变形的主要因素，为制定适当的变形控制措施提供参考，具有重要的理论价值和实际意义。
一、国内薄壁件加工变形研究现状由于薄壁结构件在航空航天工业中的重要作用，国外对于薄壁结构件加工变形以及变形控制问题非常重视，在这方面的研究起步较早，并进行了大量的分析研究工作。
针对弱刚度零件的加工变形预测方法与补偿矫正技术进行研究，将神经网络方法和遗传算法相结合，建立切削力的动态模型，并将切削力载荷加载到铣削过程的有限元模型当中，很好地预测了铣削加工过程中薄壁件的加工变形；同时，结合以上方法预测出的加工变形结果，在分析残余应力释放对加工变形的影响方面，对包括剪切带长度、切削刃形状、切削深度以及刀具磨损量这四种变量的正交直角切削过程中的表面残余应力分布规律进行了研究，研究表明残余应力越低，加工变形的程度越小考虑刀具与工件的变形，分析了铣削加工中的加工误差。
在研究装夹方案及工艺优化补偿变形方面，通过分析夹紧力对薄壁件加工变形的影响，针对框架类薄壁结构件设计出了一种可以在加工中自动调整夹紧力的智能夹具，能够有效提高加工精度并据此优化了切削参数，减小零件加工变形。
铝合金薄板零件的典型数控加工工艺方案
铝合金薄板零件的典型数控加工工艺方案摘要：在货车产品制造中，常用铝合金薄板来加工各类基板、盖板、底板等零件，且零件的型号种类多。
铝合金薄板材料的铣削加工非常容易，但是解决零件加工后的变形问题是难点。
影响加工后变形的因素很多，与零件的材质、结构、加工方式等都有直接关系，导致零件加工变形的主要原因有：不恰当的夹紧力、过于集中的内应力、不合理铣削传递的应力和切削散热不充分等等。
通过在生产实践中不断探索和验证，总结了一套适合于铝合金薄板材料的零件数控铣削加工工艺方案。
关键词：铝合金薄板；零件；数控加工1 零件技术要求分析图1位货车某产品底板零件，材料为7A04,外形尺寸为505 mm×370 mm, 最厚处为10 mm, 最薄处为2 mm, 平面度要求控制在0.15 mm以内，属于典型的薄板零件。
如何控制铣削过程中和加工之后的零件变形是一个关键的问题。
图1某底板零件示意图2 减少加工变形的工艺措施2.1 减少薄板毛坯变形的措施铝合金薄板材料一般是整张规格为1 220 mm×2 440 mm的铝板，下料时绝不能用剪板机裁剪下料，这样会使毛坯边缘产生弯曲变形，产生较大应力，给零件加工变形埋下了隐患。
可以使用激光切割机、线切割机或者大型数控铣床下料，能够避免毛坯产生较大的内应力和变形。
2.2 降低零件铣削内应力的措施铣削加工时为了尽可能减少铣削应力和热量的产生，选择直径Ф6以下铣刀加工，切削转速在8 000 r/min以上，切深在 0.1 mm～0.3 mm, 切宽为刀具直径的50%。
采用高速切削的方式，这样零件在加工中变形量会大幅度地降低。
根据材料切削原理，刀具铣削过程中会产生和传递应力。
对于较大毛坯，由于切削余量大，应先粗铣去掉毛坯多余部分，给零件各尺寸均匀留下2 mm以上余量。
零件粗铣完成后应进行时效去应力处理，可选用自然时效、热处理时效和振动时效三种方法进行时效处理。
采用自然时效时将零件水平放置48 h; 采用热处理时效时将零件加热到100 ℃后保持2 h; 采用振动时效时将零件振动8 h。
浅谈薄壁零件加工变形的原因及控制方案
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科 技及控制 方案
杨 立 新
（ 哈 尔滨经济技术 开发 区基础设施开发 建设 总公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ０ ）
摘 要： 薄壁零件 因其本身具有的重量轻、 结构 紧凑等优点被广 泛的应 用于航 空产品与船舶 产品 中， 同时薄壁零件也有 着刚度 差的 问题 ， 因此在加 工过程 中容 易出现零件 变形 的情况。根 据薄壁零件所存在的 易变形的问题 ， 着重分析在加 工中造成薄壁零件 变形 的原 因， 通过 实际分析 ， 找 出其 中盼 问题 ， 结合 实际的加 工经验 ， 探 索如 何对加工过程 进行 控制 ， 避免零件 变形 ， 依据数据进行加工控制的改进 ， 保 证薄壁零件尺寸、 形位的准确度与质量。 关键词 ： 薄壁零件 ； 加 工变形 ； 控制 ； 精确度
受 到现代科学技术发展的影响 ， 航空航天技术与船舶技术都在 刀 时， 刀具会对工件 的内壁产生挤压力 ， 同样会使薄壁工 件发生变 不断的进步 ， 与此同时 ， 这些产品的质量也有 了更 高的要求 ， 对这些 形 。 受不 同进刀方式 的影响 ， 加工变形的问题也有所不 同， 因此在进 产品的需求也走 向安全化 、 稳定化 、 轻量化 。在这些产 品中 ， 薄壁零 行薄壁零件 加工时 ， 要 根据实际 的加工情 况进 行相应 的调整 ， 使进 件 在许 多重要结构 中被广泛应用 ， 其关系着这些产品 的运行质量与 刀方式对零件的影响 降到最低 。 安全。薄壁类零件具有结构复杂 、 形状特殊 、 刚度较低 的特点 ， 并且 ２ ． ４ 采用高速切削加工。在加工技术 日益成熟 的今 天 ， 多 工序 应用于重要部位 ， 因此此类零件加工时对其精度与加工工艺 的要求 高度集 中的加工方式可 以在加工 过程 中大 幅度 降低 由于人为 因素 更高 ， 而在加工过程 中 ， 造成薄壁零 件变形是其发展 过程 中非常严 而产生 的加工误 差 ， 这种方式也对 防控 薄壁零件 的加 工变形起 到很 重 的问题 ， 因此要 了解 薄壁 零件 的加工特点 ， 对其加工 质量进行控 大促进作用 。 通 常在加工精度要求较 高的薄壁零件时会采用数控高 制。 速切削 的方式 ， 它是一种采用小进 给量 、 多次加工 、 高速切削的加工 １影响薄壁件／ Ｊ ｎ Ｔ变 形的因素 方法 。这种方法可以使切 削热在刀具 的高速转动下被及时带走 ， 有 在薄壁零件加工过程 中， 影 响其加工质量造成零件变形 的因素 效减少 工件表面应力 的产生 ， 使工件 表面始终保持恒温状 态 ， 有效 有很多 ， 其 中零件的刚度 、 工具装夹 、 走刀路线 、 内部应力 、 切 削参数 降低工件 的加工变形 。 等都会造成 零件 出现变形 的情况。 其 中对在加工 中对薄壁零件的加 ２ ． ５增加热处理环节 。 加工零件 内部的残余应力造成加工变形 工变形影响最大的有三个方面 ， 切削力 、 装夹力与残余应力 。 情况 的产生是在薄壁零件加工 中非常常见 的状况 ，在加工过程 中 ， １ ． １加工过程 中的切削力 。对薄壁零 件 的切 削力是 影响其形 零 件内部的残余应力没 有及 时的释放 出来是造 成加工变形 的主要 状、 尺寸 、 位置的最主要 因素 ， 加工 过程 中切 削力受到 的影 响有 多个 原 因。为最大幅度地减少应力 的存在 ， 通常在工件粗加工后需要进 方面 ， 首先是切削参数的设置 ， 其次是切削刀具的磨损程度 ， 这些都 行 退火处理 。典型 的薄壁零 件加工流程应该是 ：粗 加工一退 火处 会影 响切 削力的设定值 ， 而零件受到切 削力的影响 ， 应力与热量 的 理一精加工 。 对于加工精度要求较高 、 极 易发生变形的薄壁零件 ， 还 影 响会造成其变形。 要进行半精加工 ， 必要时还可以反复多次进行热处理 。 １ ． ２工具装夹 的装夹力 。工具装夹是将 刀具利用夹具 固定在相 ２ ． ６优化工件定位方式 。防止薄壁零件加工变形 的方法除 了优 应 的位置上完成切削工作 。而在装夹过程 中， 一旦出现位置偏移或 化加工工艺外 ， 还要优化工件 的定位方式 ， 最大幅度减少工 件因外 是装夹力不够 ， 就会造成在走刀时 ， 切削工具受力影响造成偏移 ， 从 力作用 而发生 的变形 。 通常所用 的定位方式有心轴 、 软爪 、 通用压板 而影响薄壁零件的精度 ， 出现变形 的情况 。 和真空 吸盘定位 。选择哪种定位方式要视零件结构特点 而定 ， 一般 １ ． ３材料内部残余应力。在薄壁零件加工时 ， 对毛坯材料 的切 对 外圆的加工宜选择 心轴定位 ；对 内壁 的加工宜选择通用 压板定 削程度大 、 去 除量高 ， 剩余材料 的刚度也随之减小 ， 零 件内部残余应 位 ； 对精度要求 高且体积较大的零件选择软爪定位 ； 对 生产批量 大 、 力 的释放是根据行刀路线进行改变 的， 因此 加工过程中零件部位的 精度要求高 的零件选择真空吸盘定位 。 刚度也不相 同， 在进行加工时切削力与切削的热量都会使 零件内部 ２ ． ７工艺路线优化 。零件原加工工艺采用 车前后安装边 、 铣削 产生残余应力 ， 这个过程对零件的精度有着很大的影响。零件内部 安装座端面 、 钻孔分开加工 ， 零 件存在多次定位装夹 ， 造成零件尺寸 残余应力是影响零件 加工变形 的最主要的因素。 精 度低 ， 技术 条件难 以保证 。 改进后采用车 、 铣、 钻、 镗合并加工。在 ２ 薄壁 类零件加工变形控制方法 ． 铣 端面及钻镗孔工序 中将 技术要求高 的安装座放在最后加 工 ， 零件 薄壁类零件加工变形 的影 响因素有很多 ， 因此要根据不同的情 变形减小 ， 尺寸及技术条件易于保证 。 况选定相应 的控制措 施 ， 以下几点是在薄壁零件加工控制中常用的 ２ ． ８装夹与支撑技术应用 。该零件加工时壁薄 、 刚性差 ， 加工时 方法 。 易产生振颤 、 让刀及加工变形 ； 为了减小壳体变形量 ， 在夹具设计 中 ２ ． １零件整体 刚度 的利用 。薄壁零件在切 削过程 中由于大部分 采用径 向可调辅助支撑提高零 件径 向刚性 ， 从而增强工艺系统 的稳 的材料 被去除 ， 剩余的部分壁 的厚度 较薄 ， 在加 工中更易 出现 变形 定 性。根据零件 的结构在夹具设计上辅 助支撑采用 ６ 个扇形块 ， 辅 的情况 ， 薄壁零 件的加工势必会 造成零件整体 的刚度下 降 ， 如 果某 助支撑底部 与底座连接处采用 Ｔ型槽形式可实现快速换装 ， 以减小 部分 出现变形 的情况 ， 将会加剧零件整体的变形 。因此可 以利用 零件切削加工过程 中的振颤 ， 从而控制零件的加工变形 。
浅析铝合金薄壁零件机加工工艺
浅析铝合金薄壁零件机加工工艺摘要：随着工艺水平的提高，铝合金薄壁件在相关产品中的应用也日益增多。
本文对薄壁铝合金零件进行了简要的介绍，然后对其机加工技术要点进行了详细的论述，之后对加工过程中的注意事项进行了详细的论述，最后对薄壁铝合金的加工工艺和变形控制进行了详细的论述。
文章简单地介绍了薄壁铝合金零件，并详细讨论了其机械加工的关键技术，并详细讨论了该产品的制造工艺及变形控制。
关键词：铝合金；薄壁零件；加工工艺；变形控制；相关措施1铝合金薄壁件的性能及工艺特点1)铝合金材料具有良好的塑性和韧性，具有较好的粘附力，且切屑不易剥离，且在切割时易于附着于刀具表面而形成刀瘤。
2)铝合金薄壁零件的刚度普遍偏低，加工时工件易发生变形。
3)铝具有约2.4倍于钢的线性膨胀系数（0.00001）。
在切削时，材料的热变形量很大。
4)铝合金材质硬度差，加工时易产生刮痕。
要满足表面的粗糙度是非常困难的。
2 铝合金薄壁零件的加工工艺要点第一，加工速度过快会使工件产生塑性变形，使工件的表面粗糙度大；采用低转速切削方式，对应塑性变形较小，从而减小了加工过程中的表面粗糙度。
采用高速加工方式，可降低材料的应力应变，提高工件的加工质量。
第二，不同的几何结构都会影响到切削力，因此，实际的塑性变形深度和变形程度都是由刀具的几何条件决定的。
第三，进给速度和后刀量的改变都会导致切削力的改变，这对塑性变形的具体程度和深度有较大的影响。
第四，不同的工艺指标和特定的加工方式对薄壁件的切削力有较大的影响，特别是对轴向切割深度的影响，同时，环型和斜插方式也是限制切削力的一个重要因素。
第五，由于夹持力、重力、惯性等因素的影响，加工过程中会发生系统的变形，而切削力的具体位置和加工余量的变化会导致工件的尺寸偏差。
在利用科学的切削量和刀具几何指标来控制切削力变化引起的变形时，必须保证加工余量的标准化配置，使加工变形得到最大程度的控制。
3 铝合金薄壁零件的加工工艺具体操作3.1 关注管理零件铣削变形在铣削铝合金薄壁件时，工件的铣削变形表现为夹持力、切削工件所涉及的切削力、工件刀具切削时的塑性形态、弹性模态、切削温度升高等。
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铝合金薄壁件加工变形控制
一、引言
铝合金薄壁件广泛应用于航空、汽车、电子等领域，因其具有轻量化、强度高、耐腐蚀等优点。
然而，在加工过程中，铝合金薄壁件容易发
生变形，影响其精度和性能。
因此，如何控制铝合金薄壁件加工变形
成为研究的重要方向。
二、铝合金薄壁件加工变形原因
1.材料本身的性质：铝合金具有低的弹性模量和高的热膨胀系数，容易受到温度变化和应力影响而发生变形。
2.加工方式：冲压、拉伸等加工方式会产生内部应力，导致铝合金薄壁件发生弯曲或扭曲。
3.模具设计：模具的设计不当会使得材料分布不均匀，导致局部过厚或过薄区域出现，从而引起变形。
三、铝合金薄壁件加工变形控制方法
1.材料选择：选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、减小冲压力度、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力，从而减少变形。
3.模具设计优化：合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
四、铝合金薄壁件加工变形控制实践
1.材料选择：选择抗拉强度高的6061-T6铝合金材料进行试验。
结果
表明，该材料相较于普通铝合金材料能够有效降低变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效减少内部应力和变形。
3.模具设计优化：采用增加支撑点、增加模具刚度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效避免过度变形。
五、结论
通过以上实践和研究，我们可以得出以下结论：
1.选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力和变形。
3.合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
六、展望
随着科技的不断进步，铝合金薄壁件加工变形控制的研究将会更加深入。
我们可以通过模拟分析、人工智能等方式来预测和控制铝合金薄
壁件的变形，从而进一步提高其精度和性能。