铝镁合金精密加工技术研究

铝镁合金精密加工技术研究

李亮甲,关婷婷,周健,王健,韩志

中国航发常州兰翔机械有限责任公司 江苏 常州 213022

摘要：铝镁合金具有比重小、强度高、集成化设计、耐腐蚀等点，在航空发动机上有广泛的应用；对铝镁合金精密加工过程中容易产生的问题以及加工特点进行了初步探究。

关键词：铝合金 镁合金 精密加工 机匣

一  材料的特点

铝镁合金具有比重小、但强度比较高、集成化设计、耐腐蚀、结构复杂等点，一般含在航空发动机的前端减速、进气、附件传动、滑油等部件中。在加工过程中刀具的材料和性能、机床转速、切深、进给速度、工艺路线的安排和各个加工阶段需要注意的事项均对加工质量有很大影响。

二  材料的切削加工性能

铝合金密度低，强度高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有良好的导电性，导热性和耐腐蚀性，在工业上广泛使用，其在加工切削过程中，铝合金具有以下几点性能：

1.铝合金的硬度和强度低，容易加工；

2.铝合金的导热性好，切削时温度不会升高太多；

3.以硅作为主要合金化元素的铝合金，其微观组织结构含有高硬度（HRC51)硅质点，加剧刀具磨损。铝-硅合金中添加铜元素后，可以改善切削加工性；

4.铝-锰系、铝-锌-锰系铝合金的切削加工性好。

镁合金密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、钍以及少量镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。其切削加工性能如下：

1.在相同条件下，切削功率约为铝合金的1/2；

2.镁合金切屑呈薄碎片状，但细薄的镁合金切屑在小余量切削时，容易起火。

3.切削镁合金时，可采用较大的切削深度和很高的切削深度。不论是否使用切削液，都不需要磨削和抛光，即可获得很好的表面光洁度。

三选用刀具材料、牌号、 性能及适用范围

在铝镁合金类零件的切削加工过程中，刀具的选择直接影响零件的加工质量，一般选择的刀具的材料性能等如下表所示：

选用刀具材料、牌号、 性能及适用范围

四  机械加工过程中需要注意的事项

4.1切削加工阶段

铝镁合金的燃点低，在机械加工过程中产生的切屑和细粉末都有燃烧爆炸的危险。铝镁工件易变形，镁合金的线膨胀系数比钢和铸铁大，切削热、温差等因素都会直接影响镁合金零件的加工精度，因此在机械加工过程中必须选择合适的加工余量、刀具几何参数、切削用量以及工装夹具的设计和检测方法：

1.切削工具要保持锋利，并磨出较大的后角和离隙角；

2.一般情况下尽量使用较大的进给量来进行切削加工，以产生较大厚度的切屑；

3.加工过程中禁止驻刀；

4.使用微小切削量时，要使用矿物油冷却液来进行降温。

    铝镁合金机械加工过程中适用的切削液:小批量生产或简单加工都将选用干式加工，只有在镗深孔时可能需要用切削液进行润滑，在进给速度和切削速度很高时或大批量生成时最好使用切削液进行冷却，可以使用铝镁合金机械加工专用的切削液。

铝镁合金切削力小，切削能耗低，切削过程中发热少，切屑易断，刀具磨损小，寿命显著延长，因此加工镁合金可进行高速、大切削量切削。高速切削时，镁合金有粘结刀具表面形成积屑瘤的情况。

4.2 粗加工阶段

4.2.1 粗基准的选择

粗基准的选择一般遵循以下几个方面的原则：

1、尽量选取始终不加工的铸造表面作为粗基准，并优先考虑采用一面二圆的定位方案（平面的面积和两圆面的中心距应尽量长）。

2、起始的车工工序应做好平面及中心的基准转换加工；起始的立式数控加工工序，应做好角向基准的转换加工。

4.2.2 预防多余物

机加工工序进行前，工艺上应安排灌蜡、组合堵头等钳工防多余物工序。 加工所有与油路、内腔相通的孔时，采取数控螺旋铣加工，形成细小块状切屑，避免条状卷曲切屑产生，有利于冲洗时清除。

4.3 精加工阶段

稳定处理，去应力工序完成后，重新进行机加工工序前，应再次安排灌蜡、组合堵头、盖板等钳工防多余物工序。 一般的（非精密）轴承座、衬套安装孔径和端面都加工到位。精密孔端面加工到位,螺桩安装底孔加工到位；精密孔直径建议留φ0.2mm余量。 与液压试验相关的油孔，孔口直径公差都按0.05控制，方便密封性试验夹具堵孔，采用径向胶圈压缩封严设计。

五  典型零件的加工

某机匣（如图1）是加工过程中一个典型的难加工镁合金的零件，在加工过程中不仅需要注意转速、走刀、切深、冷却等方面的问题外，其周围一圈密集的小孔（如图2）的加工更加困难。这些φ4的小孔的端口位于斜面，直接使用传统钻削加工，在钻头与零件刚接触时容易产生滑偏，基本上保证不了图纸要求的相对于内孔的φ0.03的位置度，而且这些小孔都是超过10倍径的深孔，加工过程中由于排屑困难，钻头太长刚性不足，钻头容易折断。经过反复思考，决定先使用φ4的立铣刀在斜面插铣出一个小的平面，然后使用中心钻在平面上点出中心孔，先使用短钻头，然后再使用加长的普通钻头钻孔。钻头的顶锥角磨至大约为90°时利于排削，在编程方面采用啄式钻削方式。综合以上几个方面很好的解决排屑困难，难加工的问题，可以很好的满足图纸规定的各种要求。

图1图2

六  总结

铝镁合金作为飞机发动机的重要零部件材料，对其制造精度有很高的要求。根据零件的材料选用合适的刀具，设置合理的切削加工参数，是否需要冷却措施等都对加工精度有很大的提高。因此，合适的工艺路线与合理的切削加工过程相互配合是防止零件变形，保证零件精度的重要措施。

参考文献

[1]刘静安，谢永生编著.铝合金材料的应用与技术开发[M].冶金工业出版社.2004

[2]刘昌斌，夏长清，戴晓元.高强高韧铝合金的研究现状及发展趋势[J].矿冶工程.2003（05）

[3]付秀丽.高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D].山东大学.2007

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