鋁合金材料的優(yōu)點包括比重小、塑性高、抗腐蝕、良好的導熱和導電性能，還具有機械性能、物理性能和工藝性能。鋁合金材料易于切削，容易進行加工和應用。因為鋁合金材料成形方便、價格低廉且工藝性能良好，使其廣泛應用于發(fā)動機領域。但是，鋁合金材料的缺點在于在進行機械加工后極易發(fā)生形變，需要研究如何保證其加工精度，從而保證其滿足設計要求。
1零件變形原因分析
鋁合金半環(huán)零件是航空發(fā)動機中較為常用的組件，主要的成分是鋁、銅、鎂、鐵、鎳，是一種熱強合金。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，在零件各個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程中，常常會因為金屬內(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：（1）毛坯制造過程中產(chǎn)生的殘余應力。在進行毛坯的鍛造和熱處理過程中，工件各部分的熱脹冷縮存在不均勻，且在金相組織轉變時會發(fā)生體積的變化，這些因素都會導致毛坯內(nèi)部產(chǎn)生很大的殘余應力。毛坯內(nèi)產(chǎn)生的殘余應力會由于其結構的復雜程度、壁厚的均勻程度的不同而有所不同。結構越復雜、壁厚越不均勻，所產(chǎn)生的殘余應力越大。通常情況下，毛坯內(nèi)的殘余應力會處于一種平衡狀態(tài)下，但是又在機械加工過程后打破這種平衡，重新分布應力，導致零件出現(xiàn)明顯變形。（2）冷校直工藝的殘余應力。在進行冷校直過程中，零件的校直部位會在壓力的作用下產(chǎn)生塑性變形，從而實現(xiàn)校直。不過，塑性變形會導致零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應力。（3）機械切削產(chǎn)生的殘余應力。零件進行切削時，加工的表面會在切削力的作用下產(chǎn)生塑性形變，導致表層金屬的比容增大、體積膨脹，但此時受到相連的里層金屬的阻止，導致里層金屬內(nèi)部會產(chǎn)生較大的殘余應力。同時，切削時會導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，從而會在表層金屬上產(chǎn)生熱態(tài)壓應力。加工完成后表層溫度下降，此時發(fā)生冷卻收縮。由于基體金屬的阻止，還會在內(nèi)部發(fā)生殘余壓應力。
2鋁合金半環(huán)零件變形研究
在鋁合金半環(huán)零件加工過程中不需要進行冷校直工藝過程，因此探討此零件的殘余應力只需對毛坯的殘余應力和切削加工中的殘余應力進行分析驗證。分別進行以下三個實驗：實驗1將直接鍛件縱向切斷（如圖1所示）；實驗2將同批次鍛件加工成設計圖要求后的零件尺寸和形狀，然后縱向切斷；實驗3將零件精加工后進行時效處理（溫度185℃，10h），然后縱向切斷。比較三個實驗縱向切斷后的尺寸變化，如表1所示。通過三個實驗數(shù)據(jù)和對比可以發(fā)現(xiàn)，毛坯切斷后會發(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；進行熱處理后的零件變形量和精加工后的變形量也沒有明顯差距。可見，毛坯在鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應力是零件變形的主要原因，而切削加工和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應力對零件的變形沒有明顯影響。
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