鋁合金的比強(qiáng)度（σb/γ）較高，為18～21，因而在航空產(chǎn)品中得到廣泛地應(yīng)用。薄壁零件是航空產(chǎn)品中較常見的一類零件，其結(jié)構(gòu)通常較復(fù)雜，精度要求高。因此，研究鋁合金薄壁零件加工技術(shù)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
襯套是航空產(chǎn)品某重點(diǎn)型號關(guān)鍵部件中的一個軸類零件。該零件直徑較大，壁薄而密封環(huán)形槽多，形位公差要求高，材料為LC4-CS。該零件的加工曾嘗試過3種方案。第1種方案：先粗加工外圓、內(nèi)孔，再上專用車夾精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽，最后上專用車夾精加工外圓、外環(huán)槽，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.04mm～0.05mm。第2種方案：先粗加工外圓、內(nèi)孔，再半精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽、外圓、外環(huán)槽，最后自制車夾精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽、外圓、外環(huán)槽，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.03mm～0.04mm。從試加工情況來看，上道工序的變形影響下道工序的加工基準(zhǔn)，從而影響最終的加工精度。第3種方案：為了減少工序間變形，在第２種方案的基礎(chǔ)上采用工序間“開水煮”的土辦法處理，效果不太明顯，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.02mm～0.04mm，仍不能滿足設(shè)計圖紙中同軸度0.02mm的要求。
與國內(nèi)一些大專院校及專業(yè)廠家進(jìn)行了技術(shù)交流，始終未找到有實(shí)效的加工方法，該零件的加工逐漸成為整臺產(chǎn)品生產(chǎn)的“瓶頸”。
1 零件工藝分析
該零件為鋁合金較大直徑軸類薄壁零件，外圓、內(nèi)孔精度為IT8級，3處密封環(huán)形槽精度接近IT8級，其徑向圓跳動度為0.05mm，外圓與內(nèi)孔同軸度為0.02mm，外圓尺寸83.2f8（-0.036-0.090），壁厚不均勻，最大壁厚2.6mm，最小壁厚1.1mm。為了批量加工出高精度合格工件，必須全面透徹地分析整個加工過程中可能出現(xiàn)的誤差，并針對這些誤差采取切實(shí)有效的措施。
該零件的加工精度取決于由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的工藝系統(tǒng)。
工藝系統(tǒng)靜誤差中，機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動誤差對加工誤差影響較大。精密C6150A車床精車外圓的圓度為0.01mm, 圓柱度為0.01mm/100mm，可以選用。該零件所用車刀的制造精度對加工精度無直接影響，但刀具幾何參數(shù)和形狀影響刀具的磨損及耐用度，間接影響加工精度。該零件因刀具本身及磨損所引起的加工誤差較小，根據(jù)工件材料及加工要求，可通過正確選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量、冷卻潤滑、準(zhǔn)確刃磨等方法來控制。
夾具誤差(包括定位元件、夾具體等零件的制造誤差)、夾具的制造誤差、在機(jī)床上的安裝誤差以及工件在夾具上的安裝誤差都會影響零件的加工精度�？刹捎谩熬偷丶庸ぁ钡姆椒ㄔ跈C(jī)床上加工定位夾具，盡力減少夾具制造誤差、安裝誤差和零件安裝誤差。
在機(jī)械加工過程中，由于切削力、夾緊力、重力、慣性力、傳動力等的作用，會引起工藝系統(tǒng)的變形；同時，由于切削力受力點(diǎn)位置變化、毛坯加工余量變化和材料硬度變化，會引起工藝系統(tǒng)變形的變化。工藝系統(tǒng)的變形及其變形的變化都會產(chǎn)生工件的尺寸誤差和幾何形狀誤差。由切削原理可知，徑向切削分力Fy和切削深度t成正比，即Fy=Ct，由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為y1=Ct1/K系統(tǒng)，y2=Ct2/K系統(tǒng)，其中K系統(tǒng)為工藝系統(tǒng)在y方向的剛度，
Δ工件= y1- y2=C（t1- t2）/K系統(tǒng)，
由于Δ毛坯=t1- t2，所以Δ工件=CΔ毛坯/K系統(tǒng)，令ε=C/K系統(tǒng)，則有
Δ工件=εΔ毛坯，</P
該式表明了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了誤差復(fù)映規(guī)律，其中ε為誤差復(fù)映系數(shù)。當(dāng)加工過程分成幾次走刀進(jìn)行時，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為ε1、ε2、ε3……，總的復(fù)映系數(shù)ε總=ε1ε2ε3……。由于復(fù)映系數(shù)ε總小于1，經(jīng)過幾次走刀后，ε可以降到很小的數(shù)值。通過合理選用切削用量和刀具幾何參數(shù)，可盡量減小切削力及切削力的變化所引起的變形。為盡力減少誤差復(fù)映規(guī)律所造成的變形，應(yīng)合理分配加工余量，分多工序多次走刀加工，把該形式的變形控制到最小。
工藝系統(tǒng)動誤差中的受熱變形主要由切削熱、摩擦熱和輻射熱等引起，當(dāng)工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下，機(jī)床、刀具、工件各部分產(chǎn)生的溫度場開始時總處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在開始后的一段時間里，溫度不斷上升，溫度場不斷變化，經(jīng)過一定時間后，溫度才接近一個穩(wěn)定值，此時的溫度場就是一種穩(wěn)定的溫度場。與升溫階段一樣，機(jī)床停車?yán)鋮s過程的溫度場也是一種不穩(wěn)定的溫度場。為了減少機(jī)床熱變形的影響，可使機(jī)床空轉(zhuǎn)一段時間，基本達(dá)到熱平衡后再加工零件。為了減少工件和刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇刀具的幾何參數(shù)，合理選用冷卻液充分冷卻。
工件內(nèi)應(yīng)力是由于內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，外界因素主要來自熱加工和冷加工。具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，其內(nèi)部組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也在不斷地進(jìn)行這種變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在這個過程中，零件的形狀逐漸變化。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯由于內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡狀態(tài)，在短期內(nèi)還看不出有什么變動，但在切削去除某些表面部分以后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件就明顯地出現(xiàn)了變形。由于國內(nèi)沒有對應(yīng)的G90×8管料毛坯，實(shí)際選用90mm棒料毛坯加工，加工余量大，加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也大，變形也非常明顯。為了減少加工表面層的殘留應(yīng)力，應(yīng)盡力減小工件塑性變形，合理選用刀具、切削用量和冷卻液。為了盡快消除工件內(nèi)應(yīng)力（自然時效需要1個月以上的時間），縮短工序間消除內(nèi)應(yīng)力的時間，應(yīng)及時進(jìn)行穩(wěn)定化時效處理。2 加工工藝
根據(jù)零件工藝分析情況，將控制零件加工變形的各項措施逐一落實(shí)到工藝規(guī)程和實(shí)際操作中。
2.1 粗加工和半精加工
粗加工由90mm棒料毛坯開始，各加工面均留約1mm加工余量（各環(huán)形槽暫不加工）。為盡力減少誤差復(fù)映規(guī)律所造成的變形，按零件最終形狀尺寸，各面均留0.1mm左右余量進(jìn)行4次半精加工（包括各環(huán)形槽），每個半精加工工序均嚴(yán)格控制變形和形位尺寸，第4次半精加工時尺寸78H8，83.2f8分別加工至77.8和83.4，其同軸度控制在小于0.05mm范圍內(nèi)。
2.2 穩(wěn)定化時效處理
為及時消除工件加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，每道加工工序后均進(jìn)行穩(wěn)定化時效處理，以減小上道工序工件變形對下道工序的不利影響。穩(wěn)定化時效處理既要消除工件的內(nèi)應(yīng)力，又不能影響工件強(qiáng)度。經(jīng)多次試驗(yàn)摸索，最終確定穩(wěn)定化時效溫度為95℃～105℃，保溫時間240～360min，空冷。由于LC4人工時效最低溫度為115℃，因而穩(wěn)定化時效處理不會影響零件強(qiáng)度。實(shí)踐證明，穩(wěn)定化時效處理消除工件加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力效果非常明顯。
2.3 關(guān)鍵工序的加工
加工內(nèi)孔及內(nèi)環(huán)槽時，在精密C6150A車床上加工定位夾具，嚴(yán)格控制其形位公差，不卸夾具，用較小的力量壓緊另一端面，1次裝夾加工內(nèi)孔及3個內(nèi)環(huán)槽。
加工外圓及外環(huán)槽時，在精密C6150A車床上加工芯軸，不卸芯軸，以內(nèi)孔及端面定位，用較小的力量壓緊另一端面，1次裝夾加工外圓及外環(huán)槽。
加工用的內(nèi)孔鏜刀、外圓車刀和內(nèi)外環(huán)槽刀的參數(shù)以及切削用量見表1。刀具材料為W18Cr4V，切削液選用航空煤油。
3 實(shí)施效果
鋁合金薄壁零件的加工變形控制一直是難以解決的技術(shù)關(guān)鍵。該零件此前曾采取3種方案試加工，均告失敗，無1件合格。采用本方案后滿足了設(shè)計要求，而且質(zhì)量穩(wěn)定，批產(chǎn)合格率達(dá)到95％，效果很好。
冷熱加工技術(shù)在鋁合金薄壁零件中的成功應(yīng)用給了我們啟示：精密加工中影響零件精度的 因素很多，應(yīng)從多方面綜合考慮，盡量將諸多因素的影響縮減到最低限度，以保證零件的高精度。
