一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝的製作方法

2023-05-16 02:36:26 4

一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝。所述工藝採用毛坯進行淬火+時效固溶處理，改善材料的切削性能→採用粗加工後的再結晶時效熱處理消除應力→半精加工後再進行時效熱處理，進一步消除加工應力，保證加工零件內部應力完全釋放→車削完工後最後一次穩定加工尺寸的低溫熱處理。實踐表明，上述熱處理工藝方法達到了消除零件加工變形、穩定了加工尺寸的目的，保證了零件尺寸精度及形位公差達到技術要求。
【專利說明】一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝。

【背景技術】
[0002]實際生產中，薄壁鋁合金管殼類的零件在機加工過程中和加工後經常產生變形，而又找不到有效的解決方法，造成零件報廢。
[0003]薄壁鋁合金管殼類的零件在機加工中存在以下難點:
[0004](I)高溫下組織易產生裂變。鋁合金材料具有熔點低，激活能大，溫度升高後塑性變大，高溫高壓下，切削時易產生粘刀現象，形成積屑瘤。
[0005](2)切削時易變形。管殼零件毛坯為棒料加工成形，要加工成壁厚只有2mm的薄壁管殼，粗加工時加工餘量大，組織應力分布不均，切削應力也大，尤其是加工曲面拐點時，由於切削熱應力不能及時散發出去，造成應力集中釋放，引起零件變形。
[0006](3)零件在主切削力作用下變形。管殼零件壁薄、易變形，隨著管殼零件加工餘量的逐步去除，零件的剛度也越來越差，進行到半精加工時，在主切削力作用下，產生徑向擠壓力，每一次切削造成零件切削應力變形，使管殼零件產生橢圓變形，造成尺寸及形位公差超差，使零件報廢。
[0007](4)僅經過機械加工難消除加工應力。管殼零件經過粗加工一半精加工一精加工後，當零件放置一段時間或在環境溫度或溫度衝擊試驗的條件下，應力還將釋放出來產生微量變形，造成零件報廢。


【發明內容】

[0008]針對現有技術的不足，本發明的目的之一在於提供一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝。所述工藝採用毛坯進行淬火+時效固溶處理，改善材料的切削性能一採用粗加工後的再結晶時效熱處理消除應力一半精加工後再進行時效熱處理，進一步消除加工應力，保證加工零件內部應力完全釋放一車削完工後最後一次穩定加工尺寸的低溫熱處理。實踐表明，上述熱處理工藝方法達到了消除零件加工變形、穩定了加工尺寸的目的，保證了零件尺寸精度及形位公差達到技術要求。
[0009]鋁合金屬於輕合金，密度小，比強度高，比模量高，結構性能優異，其韌性、塑性較好，能進行淬火，時效處理時，針對管殼零件壁薄、尺寸精度高、幾何公差要求嚴格的技術特點，本發明通過多次的加工實踐，採用四階段熱處理工藝解決了薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工變形的問題。
[0010]一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝，包括以下工序:
[0011]毛坯的淬火和時效高溫熱處理:毛坯進行一次溫度為430-470 °C左右、時間45min-75min的淬火+時效高溫熱處理；
[0012]粗加工後熱處理:粗加工後進行一次溫度130_150°C左右、時間為14-18h的熱處理工序；
[0013]半精加工後時效熱處理:精加工後，再進行一次溫度為110_130°C、時間為7_9h左右的時效熱處理；
[0014]精加工後進行低溫熱處理:精加工完成後再進行溫度為110°C左右8h的低溫最終熱處理。
[0015]以下進行詳細說明
[0016]( I)毛坯的淬火和時效高溫熱處理
[0017]管殼零件毛坯為棒料，而成品件為壁厚只有2mm的薄壁零件，大量的材料被掏空，切削時在高溫高壓下，材料組織易為退火狀態。為了提高材料的強度，改善切削加工性能，對毛坯進行一次溫度為430-470°C左右、時間45min-75min的淬火+時效高溫熱處理，使鋁合金的材料硬度達到150HBW以上，提高管殼零件加工性能。
[0018](2)粗加工後熱處理
[0019]管殼零件毛坯在進入粗加工階段，加工餘量大，刀具磨損快，此時零件內存儲變形應力最大，組織不穩定，粗加工後進行一次溫度130-150°C左右、時間為14-18h的熱處理工序，以消除粗加工應力，改善鋁合金材料組織面心六方晶格系馬氏體組織結構，提高管殼零件後續加工工序的切削加工性能，增加刀具的使用壽命，提高零件表面加工質量。
[0020](3)半精加工後時效熱處理
[0021]管殼零件經過粗加工後，此時零件的加工餘量為Imm左右，進入到半精加工後，隨著切削的進行，管殼零件內應力也隨切削釋放出來，造成零件變形，因此半精加工後，再進行一次溫度為110-130°C、時間為7-9h左右的時效熱處理，進一步消除零件半精加工應力。
[0022](4)精加工後進行低溫熱處理
[0023]管殼零件精加工完成後，此時內外尺寸及幾何公差達到技術要求。但是，考慮到環境溫度的變化影響到零件完工尺寸和幾何公差產生微量變化，同時考慮到零件隨產品要進行一系列溫度衝擊試驗，因此應再進行一次熱處理來穩定精加工後的完工尺寸。
[0024]本發明具有以下優點:毛坯進行淬火+時效固溶處理，改善材料的切削性能一採用粗加工後的再結晶時效熱處理消除應力一半精加工後再進行時效熱處理，進一步消除加工應力，保證加工零件內部應力完全釋放一車削完工後最後一次穩定加工尺寸的低溫熱處理。實踐表明，上述熱處理工藝方法達到了消除零件加工變形、穩定了加工尺寸的目的，保證了零件尺寸精度及形位公差達到技術要求。另外，薄壁管殼零件消除變形的多次熱處理方法，可以擴展到其他大型薄壁管狀殼體類零件的加工，對於提高零件加工的尺寸精度及幾何公差的穩定性，以及降低生產成本都有著重要的意義。

【具體實施方式】
[0025]為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
[0026]實施例一
[0027]管殼零件材料為超硬鋁7A04-T6，長60mm，外圓尺寸46mm，尺寸公差0.039mm,壁厚2mm,管殼零件毛還為鍛造而成的棒料,車削成形。
[0028]超硬鋁材料在淬火前，其強度、硬度較低，塑性較小，高溫高壓作用下造成粘刀現象，形成積屑瘤，會加速刀具磨損，在退火狀態下不易獲得小的表面粗糙度值，因此在毛坯時採用一次淬火熱處理，以改善切削加工性能。初次加工時，採用溫度為400°C鹽浴爐加熱0.5h，100°C下保溫，採用YG643材料刀片，由於溫度低，達不到超硬鋁材料淬火的臨界溫度，且時間短，材料組織改善不明顯，組織晶粒粗大。零件加工後，車削後的表面極似拉刀紋，由於組織軟,加工時一把刀具使用僅50min就出現磨損，換刀次數頻繁，車削成本太高，加上切屑不易脫落，在前刀面上堆積，產生積屑瘤，造成刀具崩刃，降低了零件表面加工質量。通過試驗採用溫度450°C左右
[0029]Ih淬火+時效固溶熱處理，用來消除超硬鋁材料的內應力和組織不均勻及晶粒粗大等現象，提高了硬度，降低了韌性和塑性，改善了超硬鋁材料的切削性能。同樣採用YG643材料的刀片，實踐證明刀具的壽命由原50min提高到180min，零件表面加工質量得到明顯改善。
[0030]零件粗加工後，由於加工餘量太大,此時零件應力釋放最大，因此進行一次140°C的再結晶時效熱處理，時間為16h，以便通過不連續再結晶造成細晶粒並改變晶粒形貌和組成相質分布，達到改善短橫向的塑性和韌性的目的，改善了切削性能。管殼零件形狀為曲面迴轉體，定位基準主要為孔、面，或外圓、面，在粗加工後，此時零件加工餘量徑向單邊1.5mm，若一次徑向單邊加工1mm，當加工後，在零件兩個斜度拐點及球體處，應力集中釋放太快，零件產生變形。因此，通過半精加工循環一次，逐步消除加工應力，半精加工後再進行一次中間時效熱處理，溫度為120°C左右、時間為8h，使零件內部應力再一次得到釋放。
[0031]半精加工後，零件內外曲面已形成，留給零件精加工餘量為0.5_ (單邊)，由於管殼零件尺寸精度及形位公差要求高，加工時注意切削刀具吃刀量大而產生振動，因此分三次進給切削，其中精加工最後一次切削餘量0.1mm (單邊)，同時選擇合適的切削速度、工具機轉速，以消除刀具的熱變形及工具機振動，減小刀具的主切削力，提高零件表面加工質量，達到消除零件加工變形的目的。
[0032]零件完工後要隨產品進行高低溫衝擊及振動試驗，因此會影響到零件變形，使零件裝到產品上而卸不下來，造成零件產生10%左右的廢品率。經過摸索試驗，精加工完成後再進行溫度為110°c左右8h的低溫最終熱處理，用來穩定加工尺寸，防止管殼零件隨環境溫度變化而產生的形變，獲得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。
[0033]實施例二
[0034]管殼零件材料為超硬鋁7A04-T6，長60mm，外圓尺寸46mm，尺寸公差0.039mm,壁厚2mm,管殼零件毛還為鍛造而成的棒料,車削成形。
[0035]採用溫度430°C左右45min淬火+時效固溶熱處理，用來消除超硬鋁材料的內應力和組織不均勻及晶粒粗大等現象，提高了硬度，降低了韌性和塑性，改善了超硬鋁材料的切削性能。同樣採用YG643材料的刀片，實踐證明刀具的壽命由原50min提高到180min，零件表面加工質量得到明顯改善。
[0036]零件粗加工後，由於加工餘量太大,此時零件應力釋放最大，因此進行一次130°C的再結晶時效熱處理，時間為18h,以便通過不連續再結晶造成細晶粒並改變晶粒形貌和組成相質分布，達到改善短橫向的塑性和韌性的目的，改善了切削性能。管殼零件形狀為曲面迴轉體，定位基準主要為孔、面，或外圓、面，在粗加工後，此時零件加工餘量徑向單邊1.5mm，若一次徑向單邊加工1mm，當加工後，在零件兩個斜度拐點及球體處，應力集中釋放太快，零件產生變形。因此，通過半精加工循環一次，逐步消除加工應力，半精加工後再進行一次中間時效熱處理，溫度為110°c左右、時間為9h，使零件內部應力再一次得到釋放。
[0037]半精加工後，零件內外曲面已形成，留給零件精加工餘量為0.5_ (單邊)，由於管殼零件尺寸精度及形位公差要求高，加工時注意切削刀具吃刀量大而產生振動，因此分三次進給切削，其中精加工最後一次切削餘量0.1mm (單邊)，同時選擇合適的切削速度、工具機轉速，以消除刀具的熱變形及工具機振動，減小刀具的主切削力，提高零件表面加工質量，達到消除零件加工變形的目的。
[0038]零件完工後要隨產品進行高低溫衝擊及振動試驗，因此會影響到零件變形，使零件裝到產品上而卸不下來，造成零件產生10%左右的廢品率。經過摸索試驗，精加工完成後再進行溫度為110°c左右8h的低溫最終熱處理，用來穩定加工尺寸，防止管殼零件隨環境溫度變化而產生的形變，獲得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。
[0039]實施例三
[0040]管殼零件材料為超硬鋁7A04-T6，長60mm，外圓尺寸46mm，尺寸公差0.039mm,壁厚2mm,管殼零件毛還為鍛造而成的棒料,車削成形。
[0041 ] 採用溫度470°C左右45min淬火+時效固溶熱處理，用來消除超硬鋁材料的內應力和組織不均勻及晶粒粗大等現象，提高了硬度，降低了韌性和塑性，改善了超硬鋁材料的切削性能。同樣採用YG643材料的刀片，實踐證明刀具的壽命由原50min提高到180min，零件表面加工質量得到明顯改善。
[0042]零件粗加工後，由於加工餘量太大，此時零件應力釋放最大，因此進行一次150°C的再結晶時效熱處理，時間為14h，以便通過不連續再結晶造成細晶粒並改變晶粒形貌和組成相質分布，達到改善短橫向的塑性和韌性的目的，改善了切削性能。管殼零件形狀為曲面迴轉體，定位基準主要為孔、面，或外圓、面，在粗加工後，此時零件加工餘量徑向單邊
1.5mm，若一次徑向單邊加工1mm，當加工後，在零件兩個斜度拐點及球體處，應力集中釋放太快，零件產生變形。因此，通過半精加工循環一次，逐步消除加工應力，半精加工後再進行一次中間時效熱處理，溫度為130°C左右、時間為7h，使零件內部應力再一次得到釋放。
[0043]半精加工後，零件內外曲面已形成，留給零件精加工餘量為0.5_ (單邊)，由於管殼零件尺寸精度及形位公差要求高，加工時注意切削刀具吃刀量大而產生振動，因此分三次進給切削，其中精加工最後一次切削餘量0.1mm (單邊)，同時選擇合適的切削速度、工具機轉速，以消除刀具的熱變形及工具機振動，減小刀具的主切削力，提高零件表面加工質量，達到消除零件加工變形的目的。
[0044]零件完工後要隨產品進行高低溫衝擊及振動試驗，因此會影響到零件變形，使零件裝到產品上而卸不下來，造成零件產生10%左右的廢品率。經過摸索試驗，精加工完成後再進行溫度為110°c左右8h的低溫最終熱處理，用來穩定加工尺寸，防止管殼零件隨環境溫度變化而產生的形變，獲得最佳的使用性能，使零件合格率提高到96%。
[0045] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
【權利要求】
1.一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝，包括以下工序: 毛坯的淬火和時效高溫熱處理:毛坯進行一次溫度為430-470 °C左右、時間45min-75min的淬火+時效高溫熱處理； 粗加工後熱處理:粗加工後進行一次溫度130-150°C左右、時間為14-18h的熱處理工序; 半精加工後時效熱處理:精加工後，再進行一次溫度為110-130°C、時間為7-9h左右的時效熱處理； 精加工後進行低溫熱處理:精加工完成後再進行溫度為110°C左右8h的低溫最終熱處理。
2.根據權利要求1所述的工藝，所述毛坯的淬火和時效高溫熱處理為毛坯進行一次溫度為430-470°C左右、時間45min-75min的淬火+時效高溫熱處理。
3.根據權利要求1所述的工藝，所述粗加工後熱處理為粗加工後進行一次溫度130-150°C左右、時間為14-18h的熱處理工序。
4.根據權利要求1所述的工藝，所述半精加工後時效熱處理為精加工後，再進行一次溫度為110-130°C、時間為7-9h左右的時效熱處理。
5.根據權利要求1所述的工藝，所述精加工後進行低溫熱處理為精加工完成後再進行溫度為110°c左右8h的低溫最終熱處理。
【文檔編號】C22F1/04GK104233125SQ201310239327
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2013年6月14日
【發明者】華兆紅 申請人:無錫市森信精密機械廠