Деформация алюминиевых сплавов при механической обработке: причины и методы борьбы

Почему детали из алюминиевого сплава деформируются во время механической обработки

Алюминиевые сплавы широко используются для изготовления оборудования, автомобилей, электроники и промышленных компонентов, но их низкая твердость и высокий коэффициент теплового расширения делают тонко-детали особенно склонными к деформации. Искажение готовой детали почти никогда не вызвано каким-то одним фактором; это совокупный результат нагрева резания, остаточного напряжения в заготовке, силы зажима и состояния инструмента. В этой статье объясняются основные причины и меры -со стороны обработки, которые на практике используют цеха с ЧПУ.

Основные причины механической деформации

Тепло резки: алюминий быстро проводит тепло, но легко расширяется; концентрированное тепло на одной стороне искривляет деталь, как только она остывает неравномерно.

Остаточное напряжение в заготовке: прокатанный и экструдированный алюминий испытывает заблокированное-напряжение, которое снимается неравномерно по мере удаления материала.

Сила зажима: тонкие стенки упруго отклоняются при зажиме и пружинят после отпускания, оставляя обработанную форму, выходящую за пределы допуска в разжатом состоянии.

Износ инструмента и наросты-на кромке: изношенная фреза повышает температуру резания, увеличивает шероховатость поверхности и способствует деформации.

Симметричная обработка для баланса тепла и напряжения

Для деталей с большими припусками на обработку избегайте обработки одной стороны до окончательного размера за один проход. Например, уменьшение пластины толщиной 90 мм до 60 мм: полное фрезерование одной стороны, затем переворот и фрезерование другой дает плоскостность всего около 5 мм, поскольку тепло и снятие напряжений концентрируются поочередно на каждой грани. Обработка обеих сторон повторяющимися поочередными проходами до достижения окончательного размера улучшает рассеивание тепла и обеспечивает сохранение плоскостности в пределах примерно 0,3 мм.

Многослойная многопроходная-обработка много-деталей с несколькими полостями

Обработка полостей одна за другой приводит к тому, что стенки полостей подвергаются неравномерному напряжению и вызывают деформацию. Вместо этого обрабатывайте все полости вместе слоями: каждый слой удаляет материал из каждой полости перед переходом на следующую глубину, поэтому распределение напряжений остается равномерным и деталь меньше прогибается по мере приближения к окончательному размеру.

Выбор параметров резки

Глубина резания оказывает наибольшее влияние на силу резания. Уменьшение глубины резания снижает усилие и тепло, но также снижает производительность; стандартный ответ — высокоскоростное-фрезерование, при котором меньшая глубина резания сочетается с более высокой скоростью подачи и скоростью шпинделя, так что скорость съема материала сохраняется при снижении силы резания. Подача и скорость всегда должны соответствовать состоянию сплава, например 6061-T6 и 7075-T6, которые ведут себя по-разному при одних и тех же параметрах.

Геометрия и структура инструмента

Геометрия

Передний угол: используйте наибольший передний угол, который сохраняет прочность режущей кромки; более острая кромка снижает деформацию резания и температуру резки. Избегайте инструментов с отрицательным рейком.

Угол заднего угла: небольшой для чернового фрезерования (большая нагрузка, требуется отвод тепла), больший для чистовой обработки, чтобы уменьшить боковое трение и упругую деформацию.

Угол спирали: максимально большой для стабильного фрезерования и снижения силы фрезерования.

Угол подъема: уменьшенный угол подъема улучшает отвод тепла и снижает среднюю температуру в зоне резания.

Структура и состояние кромки

Используйте меньшее количество зубьев и более крупные канавки для стружки; Из алюминия образуется длинная пластичная стружка, которая забивает небольшие пищеводы. Типичное правило – два зуба для фрез диаметром менее 20 мм и три зуба для диаметра 30–60 мм.

Держите шероховатость режущей кромки ниже Ra 0,4 мкм; Перед использованием слегка заточите новую фрезу, чтобы удалить заусенцы.

Контролируйте износ: замените или индексируйте инструменты, как только износ задней поверхности приблизится к 0,2 мм; помимо этого, образуются-наросты на кромках и повышается температура заготовки. Во время резки поддерживайте температуру заготовки ниже 100 градусов Цельсия, чтобы ограничить термическую деформацию.

Стратегия траектории инструмента: подъем для черновой обработки, обычный для чистовой обработки

Черновая обработка должна максимизировать скорость съема материала, поэтому предпочтительным является попутное фрезерование. Отделка требует точности и качества поверхности; обычное фрезерование, при котором толщина стружки на выходе уменьшается до нуля, снижает наклеп и помогает подавить деформацию на последнем проходе.

Вторичный зажим для тонкостенных-деталей

Если сила зажима является основным источником деформации, ослабьте зажим перед окончательным проходом чистовой обработки, чтобы деталь могла вернуться к своей естественной форме, а затем снова-слегка зажмите зажим, приложив усилие к опорной поверхности и в направлении наибольшей жесткости. Зажим должен удерживать деталь, не -сжимая ее слишком сильно; это навык, который операторы развивают с практикой, но он надежно снижает деформацию, вызванную зажимом-.

Просверлите перед фрезерованием полостей

Погружение фрезы непосредственно в твердый материал в полости приводит к тому, что стружка попадает в ограниченное пространство, задерживает тепло резки и может вызвать тепловое расширение, скалывание или даже поломку инструмента. Сначала просверлите пилотное отверстие не меньше диаметра фрезы, затем войдите в отверстие фрезой и фрезеруйте наружу. Этот простой шаг улучшает эвакуацию стружки и защищает тонкие стенки.

Часто задаваемые вопросы

Почему тонкостенные-алюминиевые детали деформируются сильнее, чем стальные?

Тепловое расширение алюминия примерно в три раза больше, чем у стали, а жесткость примерно на одну-треть, поэтому одинаковые теплота резки и сила зажима вызывают большие упругие и термические деформации в тонких секциях.

Устраняет ли термообработка перед механической обработкой деформацию?

Старение или обработка для снятия напряжения-уменьшает зафиксированное-напряжение в заготовке, что устраняет одну из причин деформации, но не может компенсировать нагрев при резке, усилие зажима или износ инструментов. Его следует комбинировать с вышеуказанными мерами по механической обработке.

Какая скорость шпинделя и подача типичны для высокоскоростного-фрезерования алюминия?

Однозначного ответа нет, поскольку он зависит от сплава, диаметра фрезы и жесткости станка; Практический принцип состоит в том, чтобы уменьшить глубину резания, увеличить подачу на зуб и увеличить скорость шпинделя, одновременно контролируя цвет стружки и температуру заготовки. Параметры резки должны быть проверены на реальной детали.

Что лучше для чистовой обработки алюминия – попутное или обычное фрезерование?

При чистовых проходах, требующих качества поверхности, обычное фрезерование уменьшает нагар и расслоение кромок на тонких срезах; Попутное фрезерование остается выбором для черновой обработки из-за более высокой скорости съема материала.

Как узнать, является ли износ инструмента причиной деформации?

Следите за повышением температуры резки, шероховатостью поверхности, визгом или вибрацией, а также за деталями, размеры которых отличаются от запрограммированных. Износ задней поверхности алюминиевых фрез более 0,2 мм является надежным поводом для индексации инструмента.

Можно ли предсказать деформацию до механической обработки?

Да, в полезной степени. Конечно-элементное моделирование силы резания и зажима или простое испытание на репрезентативной заготовке позволяет заранее определить доминирующий режим деформации. Для тонкостенных-деталей всегда обрабатывайте образец и измеряйте его после разжима, прежде чем приступить к серийному производству.