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鋁合金材料的優(yōu)點(diǎn)包括比重小、塑性高、抗腐蝕、良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，還具有機(jī)械性能、物理性能和工藝性能。鋁合金材料易于切削，容易進(jìn)行加工和應(yīng)用。因?yàn)殇X合金材料成形方便、價(jià)格低廉且工藝性能良好，使其廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。但是，鋁合金材料的缺點(diǎn)在于在進(jìn)行機(jī)械加工后極易發(fā)生形變，需要研究如何保證其加工精度，從而保證其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
1零件變形原因分析
鋁合金半環(huán)零件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中較為常用的組件，主要的成分是鋁、銅、鎂、鐵、鎳，是一種熱強(qiáng)合金。在這種零件的組成成分中不含有錳與鉻，因此并不存在擠壓效應(yīng)，在零件各個(gè)方向上具有較為一致的性能。但是，在零件的熱加工與冷加工過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)榻饘賰?nèi)部相鄰組織間發(fā)生不均勻的體積變化而產(chǎn)生變形。造成變形的因素有以下幾點(diǎn)：（1）毛坯制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。在進(jìn)行毛坯的鍛造和熱處理過(guò)程中，工件各部分的熱脹冷縮存在不均勻，且在金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)發(fā)生體積的變化，這些因素都會(huì)導(dǎo)致毛坯內(nèi)部產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。毛坯內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、壁厚的均勻程度的不同而有所不同。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、壁厚越不均勻，所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力越大。通常情況下，毛坯內(nèi)的殘余應(yīng)力會(huì)處于一種平衡狀態(tài)下，但是又在機(jī)械加工過(guò)程后打破這種平衡，重新分布應(yīng)力，導(dǎo)致零件出現(xiàn)明顯變形。（2）冷校直工藝的殘余應(yīng)力。在進(jìn)行冷校直過(guò)程中，零件的校直部位會(huì)在壓力的作用下產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)校直。不過(guò)，塑性變形會(huì)導(dǎo)致零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。（3）機(jī)械切削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。零件進(jìn)行切削時(shí)，加工的表面會(huì)在切削力的作用下產(chǎn)生塑性形變，導(dǎo)致表層金屬的比容增大、體積膨脹，但此時(shí)受到相連的里層金屬的阻止，導(dǎo)致里層金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。同時(shí)，切削時(shí)會(huì)導(dǎo)致表層金屬溫度上升，表面受熱膨脹，而基體金屬溫度較低，阻礙表層金屬的膨脹，從而會(huì)在表層金屬上產(chǎn)生熱態(tài)壓應(yīng)力。加工完成后表層溫度下降，此時(shí)發(fā)生冷卻收縮。由于基體金屬的阻止，還會(huì)在內(nèi)部發(fā)生殘余壓應(yīng)力。
2鋁合金半環(huán)零件變形研究
在鋁合金半環(huán)零件加工過(guò)程中不需要進(jìn)行冷校直工藝過(guò)程，因此探討此零件的殘余應(yīng)力只需對(duì)毛坯的殘余應(yīng)力和切削加工中的殘余應(yīng)力進(jìn)行分析驗(yàn)證。分別進(jìn)行以下三個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1將直接鍛件縱向切斷（如圖1所示）；實(shí)驗(yàn)2將同批次鍛件加工成設(shè)計(jì)圖要求后的零件尺寸和形狀，然后縱向切斷；實(shí)驗(yàn)3將零件精加工后進(jìn)行時(shí)效處理（溫度185℃，10h），然后縱向切斷。比較三個(gè)實(shí)驗(yàn)縱向切斷后的尺寸變化，如表1所示。通過(guò)三個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，毛坯切斷后會(huì)發(fā)生明顯形變；精加工后發(fā)生的尺寸變化量和毛坯直接切斷后的變化量相差不大；進(jìn)行熱處理后的零件變形量和精加工后的變形量也沒(méi)有明顯差距。可見(jiàn)，毛坯在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是零件變形的主要原因，而切削加工和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)零件的變形沒(méi)有明顯影響。
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