[发明专利]一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺。

背景技术

实际生产中，薄壁铝合金管壳类的零件在机加工过程中和加工后经常产生变形,而又找不到有效的解决方法，造成零件报废。

薄壁铝合金管壳类的零件在机加工中存在以下难点：

（1）高温下组织易产生裂变。铝合金材料具有熔点低，激活能大，温度升高后塑性变大，高温高压下，切削时易产生粘刀现象，形成积屑瘤。

（2）切削时易变形。管壳零件毛坯为棒料加工成形，要加工成壁厚只有2mm的薄壁管壳，粗加工时加工余量大，组织应力分布不均，切削应力也大，尤其是加工曲面拐点时，由于切削热应力不能及时散发出去，造成应力集中释放，引起零件变形。

（3）零件在主切削力作用下变形。管壳零件壁薄、易变形，随着管壳零件加工余量的逐步去除，零件的刚度也越来越差，进行到半精加工时，在主切削力作用下，产生径向挤压力，每一次切削造成零件切削应力变形，使管壳零件产生椭圆变形，造成尺寸及形位公差超差，使零件报废。

（4）仅经过机械加工难消除加工应力。管壳零件经过粗加工→半精加工→精加工后，当零件放置一段时间或在环境温度或温度冲击试验的条件下，应力还将释放出来产生微量变形，造成零件报废。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺。所述工艺采用毛坯进行淬火+时效固溶处理，改善材料的切削性能→采用粗加工后的再结晶时效热处理消除应力→半精加工后再进行时效热处理，进一步消除加工应力，保证加工零件内部应力完全释放→车削完工后最后一次稳定加工尺寸的低温热处理。实践表明，上述热处理工艺方法达到了消除零件加工变形、稳定了加工尺寸的目的，保证了零件尺寸精度及形位公差达到技术要求。

铝合金属于轻合金，密度小，比强度高，比模量高，结构性能优异，其韧性、塑性较好，能进行淬火，时效处理时，针对管壳零件壁薄、尺寸精度高、几何公差要求严格的技术特点，本发明通过多次的加工实践，采用四阶段热处理工艺解决了薄壁铝合金材料管壳零件切削加工变形的问题。

一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺，包括以下工序：

毛坯的淬火和时效高温热处理：毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理；

粗加工后热处理：粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序；

半精加工后时效热处理：精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理；

精加工后进行低温热处理：精加工完成后再进行温度为110℃左右8h的低温最终热处理。

以下进行详细说明

（1）毛坯的淬火和时效高温热处理

管壳零件毛坯为棒料，而成品件为壁厚只有2mm的薄壁零件，大量的材料被掏空，切削时在高温高压下，材料组织易为退火状态。为了提高材料的强度，改善切削加工性能，对毛坯进行一次温度为430-470℃左右、时间45min-75min的淬火＋时效高温热处理，使铝合金的材料硬度达到150HBW以上，提高管壳零件加工性能。

（2）粗加工后热处理

管壳零件毛坯在进入粗加工阶段，加工余量大，刀具磨损快，此时零件内存储变形应力最大，组织不稳定，粗加工后进行一次温度130-150℃左右、时间为14-18h的热处理工序，以消除粗加工应力，改善铝合金材料组织面心六方晶格系马氏体组织结构，提高管壳零件后续加工工序的切削加工性能，增加刀具的使用寿命，提高零件表面加工质量。

（3）半精加工后时效热处理

管壳零件经过粗加工后，此时零件的加工余量为1mm左右，进入到半精加工后，随着切削的进行，管壳零件内应力也随切削释放出来，造成零件变形，因此半精加工后，再进行一次温度为110-130℃、时间为7-9h左右的时效热处理，进一步消除零件半精加工应力。

（4）精加工后进行低温热处理

管壳零件精加工完成后，此时内外尺寸及几何公差达到技术要求。但是，考虑到环境温度的变化影响到零件完工尺寸和几何公差产生微量变化，同时考虑到零件随产品要进行一系列温度冲击试验，因此应再进行一次热处理来稳定精加工后的完工尺寸。