一種時效強化鋁合金的切削加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高精密制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種時效強化鋁合金的切削加工方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時效強化鋁合金具有高強度、低密度、高的斷裂韌度、良好的抗腐蝕性能以及優(yōu)異 的疲勞裂紋擴展抗力等諸多優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。隨著現(xiàn)代飛機、航 天器性能要求的不斷提高，許多骨架零件尤其是主承力結(jié)構(gòu)件，如飛機的大梁、隔框、壁板； 火箭的整流罩、艙體和戰(zhàn)略武器戰(zhàn)斗部殼體等普遍采用由大型整塊毛坯直接"掏空"而加工 成復(fù)雜槽腔、筋條、凸臺和減輕孔等整體結(jié)構(gòu)件。整體結(jié)構(gòu)件體積大、壁薄、剛度差、易變形、 切削加工余量大，加工周期長，加工質(zhì)量和精度很難控制，對此類航空整體結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)高精 度、高效率和高可靠性的切削加工一直是航空制造業(yè)面臨的一個重要課題?，F(xiàn)有的切削加 工工藝，大都是在鋁合金人工時效后，依靠優(yōu)化刀具幾何參數(shù)、切削參數(shù)及切削加工方式來 提高切削加工質(zhì)量，這樣的切削加工方式雖然能達(dá)到工件要求的表面質(zhì)量，但是在切削加 工過程中使得刀具的磨損嚴(yán)重，犧牲了刀具壽命。因此，每年因磨損消耗大量的刀具材料， 花費大量資金購買進口刀具。據(jù)調(diào)查，僅某個航空企業(yè)一個數(shù)控加工車間，每年的刀具消耗 就達(dá)幾千萬甚至更多。
[0003] 常規(guī)的時效強化鋁合金切削加工方法都是采用先固溶處理，然后人工時效，最后 切削的方法，這種方法在切削之前就將材料的力學(xué)性能及物理性能提高到了最大，這樣勢 必會加劇了切削加工的難度，并且刀具磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，縮短了刀具壽命，而刀具磨損嚴(yán)重 勢必會影響切削加工表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種提高時效強化鋁合金切削質(zhì)量的時效強 化鋁合金的切削加工方法，它不但能保證工件材料的切削加工表面質(zhì)量，而且還能大幅度 降低切削力，減小刀具磨損，延長刀具使用壽命，并減少能源消耗。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種時效強化鋁合金的切削加工方法，包括如下步驟： 1) 固溶處理：將鋁合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后 水淬,得到過飽和的固溶體； 2) 預(yù)時效處理：在80°C~200°C的溫度下將固溶處理后的鋁合金保溫0. 1-2小時后， 水淬； 3) 高速切削：裝夾步驟2)處理后的鋁合金，以超過銑削臨界的速度進行切削加工，按 要求加工成所需要的零件； 4) 自然時效：將加工后的零件置于工廠廠房，進行30-60天的自然時效。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明采用的是對物料先固溶處理，后預(yù)時效處理，然后切削的方法，通過固溶處理和 預(yù)時效處理，使材料形成了高度致密GP區(qū)，但是材料的強度及硬度等都還相對較低，由于 材料強度硬度都相對較低，材料容易被切削，切削力大幅降低，刀具磨損減輕，提升了工件 表面質(zhì)量，延長了刀具壽命；本發(fā)明最終采用自然時效處理方法，自然時效溫度較低，屬于 低溫時效，避免了高溫時效對時效強化鋁合金切削表面質(zhì)量的影響，且有利于合金強化，最 終使得合金的強度要高于常規(guī)處理方法的強度；同時自然時效可消除切削加工工件的殘余 應(yīng)力，可以減少人工時效時間，節(jié)約能源。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的流程圖。
[0008] 圖2是7055鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時X向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0009] 圖3是7055鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時Y向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0010] 圖4是7055鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時Z向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0011] 圖5是7055鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和本發(fā)明的加工方法加工后的表面 粗糙隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0012] 圖6是7055鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工，銑削速度為1200m/min加工后的三 維表面形貌圖。
[0013] 圖7是7055鋁合金板采用本發(fā)明的加工方法加工，銑削速度為1200m/min加工后 的三維表面形貌圖。
[0014] 圖8是7050鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時X向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0015] 圖9是7050鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時Y向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0016] 圖10是7050鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和采用本發(fā)明方法加工時Z向切削 力隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0017] 圖11是7050鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工和本發(fā)明的加工方法加工后的表面 粗糙隨切削速度變化關(guān)系圖。
[0018] 圖12是7050鋁合金板采用現(xiàn)有加工方法加工，銑削速度為1500m/min加工后的 三維表面形貌圖。
[0019] 圖13是7050鋁合金板采用本發(fā)明的加工方法加工，銑削速度為1500m/min加工 后的三維表面形貌圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明包括如下步驟： 1)固溶處理：將鋁合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后 水淬,得到過飽和的固溶體； 2)預(yù)時效處理：在80°C~200°C的溫度下將固溶處理后的鋁合金保溫0. 1-2小時后， 該段保溫時間短于普通的T6峰值時效時間，以促使一部分溶質(zhì)原子析出，形成不完全時效 的鋁合金，然后水淬，水淬是為了進一步抑制析出，合金強度不高，有利于提高切削質(zhì)量和 減少刀具磨損。
[0022] 3)高速切削：裝夾步驟2)處理后的鋁合金，以超過銑削臨界的速度進行切削加 工，按要求加工成所需要的零件； 4)自然時效：將加工后的零件置于工廠廠房，進行30-60天的自然時效。自然時效溫 度較低，避免了高溫時效對時效強化鋁合金切削表面質(zhì)量的影響，長時間自然時效使溶質(zhì) 原子進一步充分析出，有利于合金強化，最終使得合金的強度要高于常規(guī)處理方法的強度； 同時自然時效可消除切削加工工件的殘余應(yīng)力，可以減少人工時效時間，節(jié)約能源。
[0023] 實施例1 從7055鋁合金軋制板材取二塊大小相同的切削試板，分別命名為A板及B板，其中A 板采用現(xiàn)有的加工方法進行加工，B板采用本發(fā)明的方法進行加工。
[0024] 對A板進行加工，具體順序為：固溶處理+ !^峰值時效（120°C保溫24小時）+ 高速銑削，時效結(jié)束后對A板的硬度進行測量，硬度為138HV。
[0025] 對B板進行加工，具體實施方案順序為：固溶處理+預(yù)時效處理（100°C保溫0. 5 小時）+高速銑削+自然時效30天，預(yù)時效結(jié)束后對B板的硬度進行測量，硬度為130HV。
[0026] 對A板及B板進行高速切削實驗，具體的實驗方案如表1所示。
[0027] 表1銑削速度單因素實驗方案
【主權(quán)項】
1. 一種時效強化鋁合金的切削加工方法，包括如下步驟： 1) 固溶處理：將鋁合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后 水淬，得到過飽和的固溶體； 2) 預(yù)時效處理：在80°C~200°C的溫度下將固溶處理后的鋁合金保溫0. 1-2小時后， 水淬； 3) 高速切削：裝夾步驟2)處理后的鋁合金，以超過銑削臨界的速度進行切削加工，按 要求加工成所需要的零件； 4) 自然時效：將加工零件置于工廠廠房，進行30-60天的自然時效。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時效強化鋁合金的切削加工方法，包括如下步驟：1）固溶處理；2）預(yù)時效處理；3）高速切削；4）自然時效。本發(fā)明采用的是對物料先固溶處理，后預(yù)時效，然后切削的方法，通過固溶處理和預(yù)時效處理，使材料形成了高度致密GP區(qū)，但是材料的強度及硬度等都還相對較低，由于材料強度硬度都相對較低，材料容易被切削，切削力大幅降低，刀具磨損減輕，提升了工件表面質(zhì)量，延長了刀具壽命；本發(fā)明最終采用自然時效處理方法，避免了高溫時效對時效強化鋁合金切削表面質(zhì)量的影響，且有利于合金強化，最終使得合金的強度要高于常規(guī)處理方法的強度；同時自然時效可消除切削加工工件的殘余應(yīng)力，可以減少人工時效時間，節(jié)約能源。
【IPC分類】B23P13-00
【公開號】CN104625571
【申請?zhí)枴緾N201510003570
【發(fā)明人】劉文輝, 張平, 陳宇強, 唐昌平, 陳志鋼, 唐玉波
【申請人】湖南科技大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月6日