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【摘　要】四通接头类型零件在车工零件的加工中具有一定的代表性.在最初的设计阶段,技术员的设计零件图是分体结构,经过氩弧焊工序后,存在着一系列的问题.由于零件结构特点和铝及铝合金的焊接特点造成分体零件焊接后有未焊透和气孔等问题,而使得零件经过X光工序时不能通过,为了解决这一问题,通过和车工协商,做了特制车刀而使零件一体化,简化零件加工工序,提高生产效率,满足了最终的使用要求.此零件结构的优化给同类零件设计提供了一些思考,开拓了设计及加工工艺思路.

【关 键 词】防锈铝（LF21）；硬铝（LY12）；铝及铝合金热处理

1.问题的产生

设计员在最初的设计方案中,考虑到如果零件一体化,四周都需加工,而且法兰面距离另一处螺纹加工面太近,一般的车刀会伤到法兰面.所以设计了分体零件,而防锈铝的焊接性能比较好,所以材料选择了防锈铝（LF21）,但并未考虑到防锈铝（LF21）加工中存在着切削性能不良问题.

1.1为了弄清分体零件在焊接时所产生的问题,我们将防锈铝（LF21）和硬铝（LY12—CZ）这两种材料进行比较

防锈铝：Al-Mn及Al-Mg系合金（LF21、LF2、LF3、LF6、LF10）属于防锈铝.因其时效强化效果不明显,所以不宜热处理强化,只能用冷作硬化强化,强度低、塑性好、压力加工性良好,有良好的抗蚀性和焊接性.

而LY21属于铝锰合金,约含1.3%Mn,也大部分溶于固溶体,起到固溶强化作用.由于温度降低时锰溶解度的变化不显著,而生成的强化相MnAl6的强化作用又小,所以不能借助淬火+时效的热处理来强化.

硬铝：（含2.2—4.9％Cu、0.2—1.8％Mg、0.3—0.9%Mn、少量的硅,其余是铝）,有良好的机械性能、强度大又便于加工,而且密度小,可作轻型结构材料.其中镁含量越高,时效强化效果越显著,强度也越大,但塑性和耐腐蚀性下降.一般的硬铝中,镁不超过2%.锰可提高强度和耐蚀性,但一般限制锰小于1%,加入少量的钛可细化晶粒,铁与硅均限制在小于0.5-0.6%,并希望铁硅比值大于等于一.

硬铝的缺点主要有：1）耐蚀性不良,因此不得不在硬铝板材表面用轧制方法包一层工业纯铝（纯铝厚度占板材厚度3-5%）成为包铝硬铝.有包铝层时强度有所下降.2）固溶处理温度范围窄,小于此温度不能发挥最大强化效果,而超出上限温度,又有产生晶界“过”的可能使晶粒聚集受到破坏.3）焊接裂纹倾向大,用熔焊法有困难.

1.2铝及铝合金热处理工艺

1.2.1铝及铝合金热处理的作用

将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能.

1.2.2铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理

（1）退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温.通过原子扩散、迁移,使之组织更加均匀、稳定、,内应力消除,可大大提高材料的塑性,但强度会降低.

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①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温,然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却,使铸锭化学成分、组织与性能均匀化,可提高材料塑性20%左右,降低挤压力20%左右,提高挤压速度15%左右,同时使材料表面处理质量提高.

②中间退火：又称局部退火或工序间退火,是为了提高材料的塑性,消除材料内部加工应力,在较低的温度下保温较短的时间,以利于续继加工或获得某种性能的组合.

③完全退火：又称成品退火,是在较高温度下,保温一定时间,以获得完全再结晶状态下的软化组织,具有最好的塑性和较低的强度.

（2）固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间,使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中,形成过饱和固溶体,然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温,它是一种不稳定的状态,因处于高能位状态,溶质原子随时有析出的可能.但此时材料塑性较高,可进行冷加工或矫直工序.

（3）时效：经固溶淬火后的材料,在室温或较高温度下保持一段时间,不稳定的过饱和固溶体会进行分解,第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀）,分布在α（AL）铝晶粒周边,从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化.

自然时效：有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用,叫做自然时效.

人工时效：有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显,而在较高温度下的析出强化效果明显,称为人工时效.

人工时效可分为欠时效和过时效.

①欠时效：为了获得某种性能,控制较低的时效温度和保持较短的时效时间.

②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能,在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效.

③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能,将时效过程分为几个阶段进行.

（4）回归处理：为了提高塑性,便于冷弯成形或矫正形位公差,将已淬火时效的产品,在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理.

1.3铝及铝合金的焊接特点

（1）容易氧化：铝和氧的亲和力比较大,在常温下,铝表面就能被氧化成一种氧化铝薄膜.（2）容易焊穿：当温度提高时,铝的机械强度降低,加之铝熔化后,表面颜色无明显变化,所以不易判断熔池温度变化情况,极易因熔池温度过高,导致焊穿.采用垫板方式可防止焊穿.（3）容易产生气孔.（4）焊接热裂倾向.

在以上内容中对两种材料焊接性能、加工性能有了初步的了解,接下我们将对零件进行认识与分析.

2.认识零件

一体化零件：

3.两种材料零件工艺对比

对比两种材料的加工工艺,硬铝（LY12）省去了焊接及X光等工序,大量节省工时,保证零件100%合格；而分体零件采用硬铝材料难加工,报废率高达50%.

4.过程分析

分体零件加工缺点：

（1）耗时长,进行几次装夹,相接处结构等问题.

（2）防锈铝材料软,比较难加工,报废率高.

（3）焊接后因为其零件相接处结构和铝合金焊接特点等原因,内部有未焊透原因,所以X光检验合格难度大.

整体零件：虽然整体零件存在四爪几次装夹问题,但只要操作者在加工过程中仔细找正中心,就会避免因为装夹次数多不好找正的问题.一体零件只是在刀具上稍作调整,避免了上述问题,当然一体化零件不用焊接就可以和设计商量零件材料是否用防锈铝,材料换成硬铝（LY12—CZ）,易加工,缩短加工周期,避免了X光检验不合格的问题,保证产品保质保量完成.

5.工艺方案的推广

由此四通零件的加工工艺的改善可以应用到今后类似的零件加