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[摘 要]数控加工技术水平的不断提升，为我国工业发展速度的加快带来了重要的保障作用，促使零件加工质量及加工效率得以提高。本文结合铝合金的特性，对铝合金薄壁零件的高速加工关键技术进行了分析，旨在为相关工作人员提供一些有益借鑒。
[关键词]铝合金 薄壁零件 高速加工 切削原理
中图分类号：TE357.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0040-01
数控机床的发展在一定程度上改变了传统零件的加工方式，高速自动化的加工工艺缩减了换刀时间，提升了整个工艺流程的复合性以及连续性。然而机床辅助对于加工速度的提升是有一定局限性的，高速的切削增加了空程运动占比，这就使得高速加工并没有从根本上提升生产效率。
高速加工技术从工件装夹、工序安排、走刀路线、切削用量参数、刀具、机床、控制系统、CAIICAM等，均与常规加工有很大区别。它具有切削力小，零件热变形小，加工质量高，切削效率高，工序集约化以及降低加工成本等突出的优点。有鉴于此，本文从一个简单的铝合金簿壁零件为例，对高速加工的刀具选择、数控工艺及切削参数等因素做了一些研究和探讨。
1、高速加工技术
高速加工（HSM或HSC）就是采用比常规切削速度高得多的切削速度和进给速度进行的高效加工。在实际生产中，依据加工零件材质的不同，高速加工的速度范围是会逐渐改变的。通常来讲，高速切削采用的切削方式为轻切削，这样能最大程度的保证加工质量。与传统加工方式相比，高速切削最大的优势是伴随着加工速度的不断提升，机械的切削力度会随之降低；同时切削产生的削屑会将加工过程中生产的热能散发出去，从而使加工的零件有着更加优质的质量。然而，切削速度的提升，也会在一定程度上损伤刀具，缩短其使用寿命。
因此，对铝合金薄壁零件进行高速加工时需要注意以下一些方面：
（1）零件材质的影响。在加工零件时使用的一些材料属性严重影响了切削加工质量，比如材料的化学性质较为活跃，容易和其他的化学元素产生还原反应，硬度下降，在切削加工中容易造成积削瘤的出现，会严重损坏加工零件表面的尺寸精度和粗糙度，除此之外，还会出现较为明显的弹性还原，影响零件的质量。
（2）在对铝合金薄壁零件进行加工时，要进行加工装夹，该过程要对薄壁零件进行夹和压的操作，但是由于薄壁零件的硬度低、钢性差，会造成弹性变形，进而影响了薄壁零件表面的形状、尺寸的大小和形位精度，其中，夹紧力的作用点的选择很重要，还要形成有效的支撑，否则会产生其他的附加应力，导致零件变形。
（3）由于在铝合金薄壁零件毛坯的进行加工和热处理时，会在毛坯内部形成残余应力，薄壁零件的加工时就释放了存在于切削层中的残余应力，造成了零件的变形，刚度产生变化。
2、铝合金薄壁零件高速加工工艺
2.1 铝合金性能特点
铝合金硬度最高只有（110--120）HB，强度一般为（96294）MPa，高的也只有（588-687）MPa。由于硬度，强度低，一般情况下允许采用较大的切削用量，切削时可以不使用冷却液润滑，但是硬度，强度低，材料抗塑性变形和划痕的能力也差，零件易碰伤和夹坏，甚至排屑不好也会粘上易加工表面。
铝合金导热能力比钢材高的多，在切削过程中切屑可以带走大量的热量，刀具磨损较小，这一点对于切削过程有利。但是其弹性模量较小，在切削力和夹紧力的作用下容易产生较大的弹性变形，使零件不易获得较高的加工精度。而且会引起刀具和已加工表面之间的剧烈摩擦，从而加快刀具的磨损并引起振动。这在薄壁件的情况表现较为明显。
铝合金材料膨胀系数较大，比一般钢材要大（2-3）倍，因此其热胀冷缩现象表现很严重，对于加工精度高的零件会带来不利的影响，此外，铝合金熔点低，且升温后塑性很大，切屑流出时，在高温高压作用下，切屑底层和前刀面的摩擦很大，滞留现象严重，易产生积屑瘤，使工件的尺寸和精度降低，表面粗糙度增加。
2.2 切削参数特点
为使高速加工投入经济应用，最重要的是研究最优切削参数，如切削速度、切削深度、进给速度和刀尖材料。1931年4月27日，德国Friedrich Krupp公司的“金属或类似材料的加工方法”被授予德国专利号523594。发明者C.Salomon发现：从某一切削速度起，切削温度不再上升，反而下降。Salomon作此项研究的最初目的是提高每次的金属切除量。
但无论如何，必须同时考虑具体的零件材料和刀尖材料。为了使HSC投人经济性应用，在确定最优切削条件时，不仅要考虑刀具的磨损，而且必须考虑表面质量、精度、切削力和切除量。这些最优化的切削参数对每一零件与刀尖材料的组合是特定的。因此，根据以往的经验，铝合金的最佳切削速度是（1500-5500 ）m>/min，每齿进给量为（0.16-0.62 ）mm。
2.3 铝合金切削加工参数要求
（1）在加工薄壁零件时，要求使用高速/超高速切削技术进行加工，这使得数控机床刀具在既定的速度范围内，能够选择使用非常高的速度进行加工。
（2）高速切削铝合金薄壁零件时应该采用顺铣的方式进行加工。
（3）高速加工薄壁零件的侧壁时，为了确保加工质量，尽可能避免对零件质量的影响，可以选择低切深高进给的方式进行加工，然而在铝合金的高速加工中选择径向切深，也是可取的。
（4）高速切削时应尽可能缩短刀具的悬伸长度以增加其刚性，这样可以提升加工质量。
2.4 设计科学合理的刀具、切削过程、加工夹具和装夹方法
在对薄壁零件进行加工时，采用的刀具要足够锋利，不仅可以减少刀具与零件的摩擦力，也可以很好的散发刀具进行切削作业时产生的热量，进而降低零件上的残余应力，这样就可以减少薄壁零件因为不合理刀具的原因造成变形。在进行切削过程的操作时，切削用量和切削液的使用都要符合规范要求。合理适当的选择切削用量是薄壁零件的准确精度的保障，比如某些薄壁零件的加工精度要求较高，这时就要进行对称式加工模式，迭到相对应的零件表面产生均衡的应力，使之达到一种稳定的状态，这样加工的零件就比较平整。否则的话，一旦在加工中某一道程序的切削用量选择偏大，就会造成拉与压产生的应力失去了平衡作用，就导致变形。此外在进行装夹时要保证施力作用点的准确性，增大夹具和零件的接触面积，可以降低薄壁零件在进行装夹时产生变形的可能。
3、结束语
当前，高速加工已经逐渐发展成为一项先进的、综合的机械零件加工技术，该技术对于提升零件加工精度和速度有着非常重要的作用，同时该技术也是我国机械制造业发展必须要重视的一项技术。在铝合金薄壁零件的高速加工中必须结合铝合金材质的特征，采用合适的刀具和切削速度，才可以充分的发挥出高速加工技术的优点，提升生产效率和零件质量。
参考文献
[1] 郭彬，张辉.数铣加工薄壁零件的工艺设计[J]. 现代制造技术与装备. 2017（02）.
[2] 卫雄飞，潘宏侠.铝合金薄壁件高速加工的切削力和工艺研究[J]. 成组技术与生产现代化. 2009（02）.
[3] 孔啸，李铭，卞大超.铝合金薄壁零件切削加工变形控制技术[J]. 机械设计与制造. 2010（02）.
[关键词]铝合金 薄壁零件 高速加工 切削原理
中图分类号：TE357.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0040-01
数控机床的发展在一定程度上改变了传统零件的加工方式，高速自动化的加工工艺缩减了换刀时间，提升了整个工艺流程的复合性以及连续性。然而机床辅助对于加工速度的提升是有一定局限性的，高速的切削增加了空程运动占比，这就使得高速加工并没有从根本上提升生产效率。
高速加工技术从工件装夹、工序安排、走刀路线、切削用量参数、刀具、机床、控制系统、CAIICAM等，均与常规加工有很大区别。它具有切削力小，零件热变形小，加工质量高，切削效率高，工序集约化以及降低加工成本等突出的优点。有鉴于此，本文从一个简单的铝合金簿壁零件为例，对高速加工的刀具选择、数控工艺及切削参数等因素做了一些研究和探讨。
1、高速加工技术
高速加工（HSM或HSC）就是采用比常规切削速度高得多的切削速度和进给速度进行的高效加工。在实际生产中，依据加工零件材质的不同，高速加工的速度范围是会逐渐改变的。通常来讲，高速切削采用的切削方式为轻切削，这样能最大程度的保证加工质量。与传统加工方式相比，高速切削最大的优势是伴随着加工速度的不断提升，机械的切削力度会随之降低；同时切削产生的削屑会将加工过程中生产的热能散发出去，从而使加工的零件有着更加优质的质量。然而，切削速度的提升，也会在一定程度上损伤刀具，缩短其使用寿命。
因此，对铝合金薄壁零件进行高速加工时需要注意以下一些方面：
（1）零件材质的影响。在加工零件时使用的一些材料属性严重影响了切削加工质量，比如材料的化学性质较为活跃，容易和其他的化学元素产生还原反应，硬度下降，在切削加工中容易造成积削瘤的出现，会严重损坏加工零件表面的尺寸精度和粗糙度，除此之外，还会出现较为明显的弹性还原，影响零件的质量。
（2）在对铝合金薄壁零件进行加工时，要进行加工装夹，该过程要对薄壁零件进行夹和压的操作，但是由于薄壁零件的硬度低、钢性差，会造成弹性变形，进而影响了薄壁零件表面的形状、尺寸的大小和形位精度，其中，夹紧力的作用点的选择很重要，还要形成有效的支撑，否则会产生其他的附加应力，导致零件变形。
（3）由于在铝合金薄壁零件毛坯的进行加工和热处理时，会在毛坯内部形成残余应力，薄壁零件的加工时就释放了存在于切削层中的残余应力，造成了零件的变形，刚度产生变化。
2、铝合金薄壁零件高速加工工艺
2.1 铝合金性能特点
铝合金硬度最高只有（110--120）HB，强度一般为（96294）MPa，高的也只有（588-687）MPa。由于硬度，强度低，一般情况下允许采用较大的切削用量，切削时可以不使用冷却液润滑，但是硬度，强度低，材料抗塑性变形和划痕的能力也差，零件易碰伤和夹坏，甚至排屑不好也会粘上易加工表面。
铝合金导热能力比钢材高的多，在切削过程中切屑可以带走大量的热量，刀具磨损较小，这一点对于切削过程有利。但是其弹性模量较小，在切削力和夹紧力的作用下容易产生较大的弹性变形，使零件不易获得较高的加工精度。而且会引起刀具和已加工表面之间的剧烈摩擦，从而加快刀具的磨损并引起振动。这在薄壁件的情况表现较为明显。
铝合金材料膨胀系数较大，比一般钢材要大（2-3）倍，因此其热胀冷缩现象表现很严重，对于加工精度高的零件会带来不利的影响，此外，铝合金熔点低，且升温后塑性很大，切屑流出时，在高温高压作用下，切屑底层和前刀面的摩擦很大，滞留现象严重，易产生积屑瘤，使工件的尺寸和精度降低，表面粗糙度增加。
2.2 切削参数特点
为使高速加工投入经济应用，最重要的是研究最优切削参数，如切削速度、切削深度、进给速度和刀尖材料。1931年4月27日，德国Friedrich Krupp公司的“金属或类似材料的加工方法”被授予德国专利号523594。发明者C.Salomon发现：从某一切削速度起，切削温度不再上升，反而下降。Salomon作此项研究的最初目的是提高每次的金属切除量。
但无论如何，必须同时考虑具体的零件材料和刀尖材料。为了使HSC投人经济性应用，在确定最优切削条件时，不仅要考虑刀具的磨损，而且必须考虑表面质量、精度、切削力和切除量。这些最优化的切削参数对每一零件与刀尖材料的组合是特定的。因此，根据以往的经验，铝合金的最佳切削速度是（1500-5500 ）m>/min，每齿进给量为（0.16-0.62 ）mm。
2.3 铝合金切削加工参数要求
（1）在加工薄壁零件时，要求使用高速/超高速切削技术进行加工，这使得数控机床刀具在既定的速度范围内，能够选择使用非常高的速度进行加工。
（2）高速切削铝合金薄壁零件时应该采用顺铣的方式进行加工。
（3）高速加工薄壁零件的侧壁时，为了确保加工质量，尽可能避免对零件质量的影响，可以选择低切深高进给的方式进行加工，然而在铝合金的高速加工中选择径向切深，也是可取的。
（4）高速切削时应尽可能缩短刀具的悬伸长度以增加其刚性，这样可以提升加工质量。
2.4 设计科学合理的刀具、切削过程、加工夹具和装夹方法
在对薄壁零件进行加工时，采用的刀具要足够锋利，不仅可以减少刀具与零件的摩擦力，也可以很好的散发刀具进行切削作业时产生的热量，进而降低零件上的残余应力，这样就可以减少薄壁零件因为不合理刀具的原因造成变形。在进行切削过程的操作时，切削用量和切削液的使用都要符合规范要求。合理适当的选择切削用量是薄壁零件的准确精度的保障，比如某些薄壁零件的加工精度要求较高，这时就要进行对称式加工模式，迭到相对应的零件表面产生均衡的应力，使之达到一种稳定的状态，这样加工的零件就比较平整。否则的话，一旦在加工中某一道程序的切削用量选择偏大，就会造成拉与压产生的应力失去了平衡作用，就导致变形。此外在进行装夹时要保证施力作用点的准确性，增大夹具和零件的接触面积，可以降低薄壁零件在进行装夹时产生变形的可能。
3、结束语
当前，高速加工已经逐渐发展成为一项先进的、综合的机械零件加工技术，该技术对于提升零件加工精度和速度有着非常重要的作用，同时该技术也是我国机械制造业发展必须要重视的一项技术。在铝合金薄壁零件的高速加工中必须结合铝合金材质的特征，采用合适的刀具和切削速度，才可以充分的发挥出高速加工技术的优点，提升生产效率和零件质量。
参考文献
[1] 郭彬，张辉.数铣加工薄壁零件的工艺设计[J]. 现代制造技术与装备. 2017（02）.
[2] 卫雄飞，潘宏侠.铝合金薄壁件高速加工的切削力和工艺研究[J]. 成组技术与生产现代化. 2009（02）.
[3] 孔啸，李铭，卞大超.铝合金薄壁零件切削加工变形控制技术[J]. 机械设计与制造. 2010（02）.