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摘要：铝合金是工业制造中重要的原材料，特别是在汽车工业领域，铝合金制成的零件占了绝大多数。但由于材质的特殊性，如何对其进行加工才能达到理想效果，是制造过程中要重点考虑的。为了得到高质量的汽车铝合金类零件，本文对汽车铝合金类零件的技术特点进行了分析，确定了加工过程中工序设计、刀具、参数等的选择。
关键词：铝合金；零件；加工；刀具；高速铣
铝合金作为工业生产中的主要原材料，它的主要成分中的合金元素镁与硅。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。特别是在汽车工业领域，铝合金制成的零件占了绝大多数。但铝合金加工中容易产生各种变形，因此，铝合金类的零件对加工工艺的要求较高。
一、铝合金压铸技术概述
1.1压铸工艺原理
压铸方法可分为热室压铸和冷室压铸两大类。热室压铸中，压射系统的压室置于坩埚内，充型时，压射冲头可以直接将坩埚内的金属液推进压室，然后通过压射系统的鹅颈管进入型腔。冷室压铸中，熔化金属的坩埚和冷室压铸机相分离，冷室压铸生产效率较热室低，但其应用范围较广，铝、锌、镁、铜等有色合金均可使用冷室压铸方法加工。
1.2压铸工艺特点
压铸填充压力一般为几兆帕到几十兆帕，最大填充速度能够达到每秒上百米，使整个压铸过程中压射时间极短，体现了压力铸造技术高速高压的优势。由于充填时有增压过程，得到的压铸件组织致密，能够保证所需要的强度和硬度。互换性方面，在同一压铸厂，同一型号的零件均由同一副压铸模具成型，所以零件的互换性好。压铸工艺的以上特点，使其在提高有色金属合金铸件的精度水平、表面质量及生产效率等方面显示出较大优势。
1.3铝合金支架
副机组支架是将动力转向泵与水泵等附件固定于汽车副机组发动机上的直接支撑，且负责油道和水道的运输，保障发动机的正常运转。在汽车行驶过程中，该零件一方面要保持副机组发动机与动力转向泵等附件的固定和平稳，另一方面还需要承受汽车震动时产生的扭力作用。所以，它是汽车发动机动力系统当中的一个安全件，产品对其表面质量与内部致密性都有严格要求。
零件结构，属于复杂薄壁铸件，体积为8.51*1.05mm3，平均壁厚4.3mm，投影面积为1.39*104mm2，质量2.2kg，共有32处加工表面，轮廓基本尺寸约为380mm*158mm*135mm。
该副机组支架结构复杂，从各个方向来看均不对称，前后视图面均为曲面外形，多处有管状开孔特征，支架下端有两个具有特殊角度的固定脚架，每个脚架上有1个沉孔，这两个沉孔在同一平面上，是承受扭力的主要部位。
二、支架类零件特点
支架类零件一般具有连接其它功能零件、承受疲劳应力的作用，尺寸精度是支架类零件的一项重要质量特性，但因为其加工要素多，形状复杂，有很多的形位公差要求，因此支架类零件的加工在机械制造业中是个难点。
1.支架类零件的工艺性分析
支架类零件的很多加工要素一般需要在加工中心上完成，以某车型中的一个零件为例，材料为2A12T4，该零件形状复杂，加工、检验较困难。
零件加工难点分析：
2.该零件的尺寸公差较严，部分面的表面粗糙度求Ra1.6μm，其余均为Ra3.2μm，加工精度较容易保证，但零件周边厚度仅为1.1-0.4+0.4mm，且比较深，为32mm，面积较大，加工时极易因振刀影响壁厚公差以及粗糙度，应作为工艺上考虑的重点；零件在加工后各处厚薄尺寸相差悬殊，上端腔体四周刚性较差，故该零件在铣削中以及铣削后都会产生较大的变形。
3.该零件被加工轮廓表面的最大深度为H=（90-4.5-4.5-49）=32mm，该处的转接圆弧为R2mm，两者比值达到了0.0625，远小于0.2，不能满足铣削工艺性要求，因此在加工中应作为重点考虑的对象。
三、加工工序设计、刀具及参数选择
针对支架类零件的特点，对该零件安排加工工艺流程为：粗车→粗铣（去上表面腔体以及槽的余量）→时效→精车外圆→线切割（加工完成下端宽为49mm的槽）→精铣（上表面以及耳）→钳工（去毛刺）→车工（去夹头）→数控铣（钻底面孔）→钳工（攻丝及去毛刺）→检验→表面处理。
数控铣加工是此类零件加工的难点。如果将外表面展开来看，其加工的要素可分为平面、轮廓和腰形槽等，数控加工就变得比较简单，零件程序编制均可在Mastercam上实现。
下面重点就数控精加工部分予以阐述，该零件的数控铣加工选择的机床为UCP800，零点选择在零件的上表面圆心，程序的编制分别在UGCAM和Mastercam上分段编制，零件的加工顺序安排为：先加工上表面，此时下面4个腔刚性较好，加工中的振动影响较小，有利于保证零件上端面的尺寸要求，然后加工下部的两个腔以及分布在加强筋上的7个耳。
针对加工难点中的第一条，宜采用小直径铣刀加工以减小切削力，并合理安排粗、精加工，选择合适的装夹方法，来防止和控制零件变形。采用留夹头装夹、粗铣释放变形、安排时效等工艺方法来消除变形。时效后材料具有较高的强度，有助于消除残余应力。时效后材料不但有较高的拉伸屈服强度、压缩屈服强度和抗腐蚀强度，而且有较好的热稳定性能。
针对加工难点中的第二条，在加工上端的型腔时，由于其转接半径与深度之比为0.0625（远小于0.2），加工时难度很大，因此，磨制专用刀具加工R2mm。专用刀具为加长的准4mm刀，并把锥柄部分磨细，以防止振刀，采用小的切削量。但是在转速3000r/min，切深0.5mm，进给量500mm/min的加工条件下，由于此部分为薄壁深槽，零件腔体内表面有很明显的振刀纹，粗糙度达不到要求，经过多方查阅资料，决定在后面的零件加工中，采用高速铣技术。高速铣（HighSpeedMilling）是集多学科技术于一体的先进制造技术，由于它大大提高了切削效率和加工质量，故又称之为“高性能加工”（HighPerformanceMachining）。通过对高速加工技术的研究，人们发现高速铣与常规铣削加工相比，高速铣的单位功率下的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的寿命提高了70%；滞留于工件的切削热量大幅度降低，切削引起的振动几乎消失。国外统计数据表明，进给速度和切削速度每提高15%～20%，可降低制造成本10%～15%。与传统数控加工相比，高速铣削具有的特点。
1.高速铣削与传统数控加工机床特性比较
高速铣可以缩短加工时间，提高产品质量，非常适合薄壁件的加工。根据经验数据，伴随着切削速度的提高，刀具寿命、表面质量、切削力以及金属材料切除量与切削速度的关系。
加工该零件的UCP800五轴加工中心最高转速为12000r/min，在加工该零件时，选择转速为10000r/min，每刀切深为0.5mm，进给量为4000mm/min，经过与一般转速加工完成的零件比较，提高了零件表面粗糙度，消除了振刀现象。由于切削速度的提升和加减速的限制，已完全改变了传统的编程策略，因此，在规划刀位轨迹时，除要考虑刀轨无干涉无碰撞因素外，还要考虑以下编程要求：
（1）应尽量避免刀轨的突然变化；
（2）应最大限度地减少甚至消除加工残区；
（3）应尽量避免多余空刀；
（4）应保持稳定的切削参数；
（5）应保证刀具缓慢切入工件。
垂直进刀，能实现进刀路径最短，其缺点是：刀具垂直切入工件，其轴向负载会突然变大，容易引起刀具偏斜，造成加工质量下降和刀具寿命缩短，应慎用。切向进刀，适合高速加工，常用于工件外进刀。斜向进刀能保证刀具渐进切入工件，切削力小，此进刀方式是高速加工的较好选择。但这些进刀方式毕竟刀轨不连续，还会引起主轴振动。用于高速加工，上述进刀方式都存在着问题。然而，在采用螺旋进刀后，这些问题即可得到解决。
四、结束语
总之，在铝合金类的汽车零件加工过程中，加工工序的设计、刀具的选择以及参数的选取都是至关重要的，只有把这些因素都综合考虑，才能提高加工质量和加工效率。
参考文献：
[1]赵杰.某铝合金类零件的加工工艺分析[J].机电工程技术，2010.
[2]马建民；金新安.模具加工中的高速切削[J].模具制造，2006.