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    【鋁技術】輕松解決鋁加工變形,鋁制品加工工藝大揭秘!

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    鋁材是有色金屬中使用量最大、應用面最廣的金屬材料,而且其應用范圍還在不斷擴大之中。運用鋁材生產的鋁制品更是種類繁多、不勝枚舉,據統計已超過70多萬種,從建筑裝璜業到交通運輸業和航空航天等各行各業都有不同的需求。今天給大家介紹一下鋁制品的加工工藝以及如何避免加工變形。


    鋁的優越性和特點如下:

    1、密度低。鋁的密度約為2.7g/cm3。它的密度只是鐵或銅的1/3。2、塑性高。鋁的延展性好,可以通過擠壓、拉伸等壓力加工手段制成各種用品。3、耐腐蝕。鋁是一個負電性很強的金屬,在自然條件或陽極氧化下表面會生成保護性的氧化膜,具有比鋼鐵好得多的耐腐蝕性。4、易強化。純鋁的強度并不高,但通過陽極氧化后可提高其強度。5、易表面處理。表面處理可以進一步提高或改變鋁的表面性能。鋁陽極氧化工藝相當成熟,操作穩定,在鋁制品加工過程中已經廣泛應用。6、導電好,易回收。


    鋁制品加工工藝


    鋁制品的沖制

    1、冷沖

    使用材料鋁粒。利用擠壓機臺和模具一次成型,適合柱狀形產品或拉伸工藝難做到的產品形狀,如橢圓、方形、長方形產品。所使用機臺的噸位與產品截面積有關,上模沖頭和下模鎢鋼間隙即為產品的壁厚,上模沖頭和下模鎢鋼壓合完成時到下死點的垂直間隙即為產品的頂厚。優點:開模周期較短,開發成本相對拉伸模具較低。缺點:生產工序較長,制程中產品尺寸波動較大,人工成本高。


    2、拉伸

    使用材料鋁皮。利用連續模機臺和模具進行多次變形使之達到外形的需求,適合非柱狀體(鋁材有彎曲的產品)。(如圖5機臺、圖6模具、圖7制品)

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    優點:較復雜和多次變形產品在生產制程中尺寸控制穩定,產品表面較光潔。

    缺點:模具成本高、開發周期相對較長,對機臺的選用和精度要求高。



    鋁制品的表面處理

    1、噴沙(噴丸)

    利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化金屬表面的過程。

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    這種方法的鋁件表面處理能夠使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度,使工件表面的機械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲勞性,增加了它和涂層之間的附著力,延長了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和裝飾。該工藝我們經常在蘋果公司的各類產品中看到。


    2、拋光

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    利用機械、化學或電化學的作用,使工件表面粗糙度降低,以獲得光亮、平整表面的加工方法。拋光工藝主要分為:機械拋光、化學拋光、電解拋光。鋁件采用機械拋光+電解拋光后能接近不銹鋼鏡面效果,該工藝,給人以高檔簡約、時尚未來的感覺。


    3、拉絲

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    金屬拉絲是反復用砂紙將鋁板刮出線條的制造過程。拉絲可分為直紋拉絲、亂紋拉絲、旋紋拉絲、螺紋拉絲。金屬拉絲工藝 ,可以清晰顯現每一根細微絲痕,從而使金屬啞光中泛出細密的發絲光澤,產品兼備時尚和科技感。


    4、高光切削

    采用精雕機將鉆石刀加固在高速旋轉(一般轉速為20000轉/分)的精雕機主軸上去切削零件,在產品表面產生局部的高亮區域。切削高光的亮度受銑削鉆頭速度的影響,鉆頭速度越快切削的高光越亮,反之則越暗并容易產生刀紋。高光高光切削在手機的運用中特別多,如iphone5,近年來部分高端電視機金屬邊框采用了高光銑削工藝,加之陽極氧化及拉絲工藝使得電視機整體充滿了時尚感與科技的銳利感。


    5、陽極氧化

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    陽極氧化是指金屬或合金的電化學氧化,鋁及其合金在相應的電解液和特定的工藝條件下,由于外加電流的作用下,在鋁制品(陽極)上形成一層氧化膜的過程。陽極氧化不但可以解決鋁表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷,更能延長鋁的使用壽命并增強美觀度,已成為鋁表面處理不可缺少的一環,是目前應用最廣且非常成功的工藝。


    6、雙色陽極

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    雙色陽極是指在一個產品上進行陽極氧化并賦予特定區域不同的顏色。雙色陽極氧化工藝在電視機行業較少應用,因為工藝復雜,成本高;但通過雙色之間的對比,更能體現出產品的高端、獨特外觀。


    減少鋁加工變形的工藝措施和操作技巧


    鋁件零件加工變形的原因很多,與材質、零件形狀、生產條件等都有關系。主要有以下幾個方面:毛坯內應力引起的變形,切削力、切削熱引起的變形,夾緊力引起的變形。



    減少加工變形的工藝措施

    1、降低毛培內應力

    采用自然或人工時效以及振動處理,均可部分消除毛坯的內應力。預先加工也是行之有效的工藝方法。對肥頭大耳的毛坯,由于余量大,故加工后變形也大。若預先加工掉毛坯的多余部分,縮小各部分的余量,不僅可以減少以后工序的加工變形,而且預先加工后放置一段時間,還可以釋放一部分內應力。


    2、改善刀具的切削能力

    刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響,正確選擇刀具,對減少零件加工變形至關重要。

    (1)合理選擇刀具幾何參數。

    ①前角:在保持刀刃強度的條件下,前角適當選擇大一些,一方面可以磨出鋒利的刃口,另外可以減少切削變形,使排屑順利,進而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。

    ②后角:后角大小對后刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時,由于進給量大,切削負荷重,發熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,后角應選擇小一些。精銑時,要求刃口鋒利,減輕后刀面與加工表面的摩擦,減小彈性變形,因此,后角應選擇大一些。

    ③螺旋角:為使銑削平穩,降低銑削力,螺旋角應盡可能選擇大一些。

    ④主偏角:適當減小主偏角可以改善散熱條件,使加工區的平均溫度下降。


    (2)改善刀具結構。

    ①減少銑刀齒數,加大容屑空間。由于鋁件材料塑性較大,加工中切削變形較大,需要較大的容屑空間,因此容屑槽底半徑應該較大、銑刀齒數較少為好。

    ②精磨刀齒。刀齒切削刃部的粗糙度值要小于Ra=0.4um。在使用新刀之前,應該用細油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下,以消除刃磨刀齒時殘留的毛刺及輕微的鋸齒紋。這樣,不但可以降低切削熱而且切削變形也比較小。

    ③嚴格控制刀具的磨損標準。刀具磨損后,工件表面粗糙度值增加,切削溫度上升,工件變形隨之增加。因此,除選用耐磨性好的刀具材料外,刀具磨損標準不應該大于0.2mm,否則容易產生積屑瘤。切削時,工件的溫度一般不要超過100℃,以防止變形。


    3、改善工件的夾裝方法

    對于剛性較差的薄壁鋁件工件,可以采用以下的夾裝方法,以減少變形:

    ①對于薄壁襯套類零件,如果用三爪自定心卡盤或彈簧夾頭從徑向夾緊,加工后一旦松開,工件必然發生變形。此時,應該利用剛性較好的軸向端面壓緊的方法。以零件內孔定位,自制一個帶螺紋的穿心軸,套入零件的內孔,其上用一個蓋板壓緊端面再用螺帽別緊。加工外圓時就可避免夾緊變形,從而得到滿意的加工精度。

    ②對薄壁薄板工件進行加工時,最好選用真空吸盤,以獲得分布均勻的夾緊力,再以較小的切削用量來加工,可以很好地防止工件變形。另外,還可以使用填塞法。為增加薄壁工件的工藝剛性,可在工件內部填充介質,以減少裝夾和切削過程中工件大變形。例如,向工件內灌入含3%~6%硝酸鉀的尿素熔融物,加工以后,將工件浸入水或酒精中,就可以將該填充物溶解倒出。


    4、合理安排工序

    高速切削時,由于加工余量大以及斷續切削,因此銑削過程往往產生振動,影響加工精度和表面粗糙度。所以,數控高速切削加工工藝過程一般可分為:粗加工-半精加工-清角加工-精加工等工序。對于精度要求高的零件,有時需要進行二次半精加工,然后再進行精加工。粗加工之后,零件可以自然冷卻,消除粗加工產生的內應力,減小變形。粗加工之后留下的余量應大于變形量,一般為1~2mm。精加工時,零件精加工表面要保持均勻的加工余量,一般以0.2~0.5mm為宜,使刀具在加工過程中處于平穩的狀態,可以大大減少切削變形,獲得良好的表面加工質量,保證產品的精度。



    減少加工變形的操作技巧

    鋁件材料的零件在加工過程中變形,除了上述的原因之外,在實際操作中,操作方法也是非常重要的。

    1、對于加工余量大的零件,為使其在加工過程中有比較好的散熱條件,避免熱量集中,加工時,宜采用對稱加工。如有一塊90mm厚的板料需要加工到60mm,若銑好一面后立即銑削另一面,一次加工到最后尺寸,則平面度達5mm;若采用反復進刀對稱加工,每一面分兩次加工到最后尺寸,可保證平面度達到0.3mm。

    2、如果板材零件上有多個型腔,加工時,不宜采用一個型腔一個型腔的次序加工方法,這樣容易造成零件受力不均勻而產生變形。采用分層多次加工,每一層盡量同時加工到所有的型腔,然后再加工下一個層次,使零件均勻受力,減小變形。

    3、通過改變切削用量來減少切削力、切削熱。在切削用量的三要素中,背吃刀量對切削力的影響很大。如果加工余量太大,一次走刀的切削力太大,不僅會使零件變形,而且還會影響機床主軸剛性、降低刀具的耐用度。如果減少背吃刀量,又會使生產效率大打折扣。不過,在數控加工中都是高速銑削,可以克服這一難題。在減少背吃刀量的同時,只要相應地增大進給,提高機床的轉速,就可以降低切削力,同時保證加工效率。

    4、走刀順序也要講究。粗加工強調的是提高加工效率,追求單位時間內的切除率,一般可采用逆銑。即以最快的速度、最短的時間切除毛坯表面的多余材料,基本形成精加工所要求的幾何輪廓。而精加工所強調的是高精度高質量,宜采用順銑。因為順銑時刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減至零,加工硬化程度大為減輕,同時減輕零件的變形程度。

    5、薄壁工件在加工時由于裝夾產生變形,即使精加工也是難以避免的。為使工件變形減小到最低限度,可以在精加工即將達到最后尺寸之前,把壓緊件松一下,使工件自由恢復到原狀,然后再輕微壓緊,以剛能夾住工件為準(完全憑手感),這樣可以獲得理想的加工效果??傊?,夾緊力的作用點最好在支承面上,夾緊力應作用在工件剛性好的方向,在保證工件不松動的前提下,夾緊力越小越好。

    6、在加工帶型腔零件時,加工型腔時盡量不要讓銑刀像鉆頭似的直接向下扎入零件,導致銑刀容屑空間不夠,排屑不順暢,造成零件過熱、膨脹以及崩刀、斷刀等不利現象。要先用與銑刀同尺寸或大一號的鉆頭鉆下刀孔,再用銑刀銑削?;蛘?,可以用CAM軟件生產螺旋下刀程序。


    更新日期:2020-11-06
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