机械零件加工中的变形与对策

2012-01-26刘新强王士一王恩双

装备制造技术 2012年8期

关键词：精车内应力切削力

刘新强，王士一，王恩双

（中国人民解放军驻一二〇厂军事代表室，黑龙江哈尔滨 150066）

在机械零件制造生产的过程中，受到各种因素的影响，会发生不同程度、不同形式的变形，影响到后续工作的进行，进而影响到品质安全、生产进度和经济效益。因此，我们要仔细分析机械零件加工中的变形原因，研究和探讨解决的办法。

1 机械零件加工中的变形

机械零件加工中的变形，简单来讲，就是指在加工的过程中，机械零件不受控制地发生了形状变化。通常情况下，机械零件加工中的变形，具体指形状变化、尺寸变化、位置要素变化等等。

在对机械零件进行加工的过程中，变形是无法避免的。所以，我们要认真检查机械设备的磨损，设备的加工能力，工装夹具以及刀具是否选用合理，工艺文件是否齐全完备等，以达到减少因外力作用引起零件变形的目的。

2 变形的形成原因

2.1 内力作用影响了加工精度

在进行车床加工时，通常情况下，都会用车床的四爪卡盘，将零件卡紧，利用其向心内力的作用，对机械零件进行加工。同时，机械零件要加工的过程，也会受内径向力作用。所以，为了确保机械零件不松动，在对其加工过程中，务必要保证机械的切削力小于其夹紧力。当切削力减小时，其夹紧力也减小，同时，若是切削力增大，则夹紧力也需要相应地增加，这样，才能保持机械零件加工的受力稳定。

但是，在卡爪松开之后，加工出来的机械零件，其几何形状与在机床上加工时的形状已经完全不同，而且偏差较大，通常情况下，会呈现多边形，甚至呈椭圆形。

从某种角度来分析，这是由于加工过于粗糙所造成的。一般来讲，这种情况下的形变是可以避免的，只需要将机械零件进行热处理，就可以有效地消除。

可是，还有一个问题，因为在精车时，与粗加工相比，机械零件装夹方式仍然与其相同，因此，对于精车时的机械零件的加工变形的控制，还必须要保留到磨削加工和精加工时进行。与此同时，在磨削加工时，其主要基于精车后变形后基准面的基础上进行的，所以在这个加工过程中，新的变形的产生，就是必然的。

在后续工作过程中，比如：镗床加工内孔这一阶段，就会产生相应的偏差。因为，其是在磨削的基准面进行定位加工的，其最终的精镗内孔必然不精确。很显然，通过这样的方法，其所加工的机械零件的几何尺寸和精度，根本达不到图纸的要求。基于此，我们需一起研究新的装夹方式，改变其原始装夹方式。以热处理后的精车为入手点，在以后的每道加工工序时，采取有效的措施，保证装夹时机械零件避免对径向力的承受。比如：可以在专门在每道工序过程中设计专用的夹具，并要利用垂直轴向拉紧工件，进而有效地预防和解决由装夹引起的机械零件变形。

2.2 热处理后及加工后的变形

通常情况下，对于那些薄片类的机械零件，由于其长径比特别小，对其进行加工或者是热处理完毕之后，将其放置一定的时间，这类机械零件就会发生草帽型弯曲的现象，具体表现为：

与四周相比，其一端的中间鼓出一部分，而且其形状看起来就像一顶草帽，所以，称这为草帽型弯曲。在经过检测后，与以前情况相比，会发现其平面会偏大；

而对于那些具有较大长径比的零件来讲，其在进行热处理后，或者是在加工完毕之后，将其放置一段时间，机械零件就会发生一定程度的弯曲，在通过检测之后，会清楚的发现，与之前相比，其直线度会相对偏大；

这些情况的出现，主要是由于零件内部本身存在内应力。这些内应力的分布本身，应该是一种相对平衡的状态，所以零件的外形相对稳定。但是当加工完毕去除一些材料或热处理完毕后，其内应力发生变化，需要重新分布于一种新的平衡状态，所以致使零件外形发生变化。

一般而言，热处理或加工完毕的拨叉类机械零件，叉脚会发生翘曲；但是铸铁件类机械零件，其平面变大，垂直度也会相应地变大。

2.3 外力作用下引起的弹性变形

一般来讲，主要分为3种：

（1）由于机械零件结构中含有的薄片和悬臂，造成了对机械零件的定位不当、装夹不合理。这样，由于刚性不强，必然会出现变形现象，进而达不到图纸的设计要求。

（2）在机械零件进行切削的过程中，零件会在切削力作用的影响下，会产生弹性形变，通常把这种现象俗称为“让刀”现象。

（3）在对长径比较大的机械零件加工时，由于在切削力的影响下，非夹紧的一侧，就会发生变形。

3 变形的应对措施

通过以上分析，我们可以看出，机械零件的变形情况各不相同，但是从其总的原因来讲，就是在应对外力作用情况所引起的零件弹性变形。因此，要解决这个问题，较好的措施就是要尽可能使用专用工装，减小装夹变形，提高机械零件在加工过程中的抗干扰能力，而且要尽量选择合理的加工参数和刀具。

另外，还需要注意的是，在对机械零件进行热处理和加工后所产生的变形，可以采取以下应对措施：

（1）对于毛坯品质要尽量提高，对机械零件的内部残余应力要尽量消除，并且要及时有效地处理铸件；

（2）在机械零件加工完毕，保证机械零件的自然变形之后，再通过利用以上的方法，对其进行修整加工，可以说这是一种变形后再加工的方式；

（3）通过限型热处理方式，增大机械零件的刚性，限制其变形，进而防止零件的过大变形。

4 机械零件加工的注意要点

为了有效地保证机械零件的加工品质，避免不必要的变形的产生，我们还需要注意以下问题：

（1）科学合理的设计。在进行机械零件设计时，一方面，要仔细分析实现机构动作的有效策略，充分考虑如何提高机械零件的强度；另一方面，还要全面分析在机械零件加工制造的过程中，零件的刚度会不会变化、变形会不会产生，甚至于装配过程中会发生的问题。与此同时，还要对各种零部件进行合理地布置，使机械零件的受力情况得到改善，确保机械零件变形的减轻，尽量做到机械零件壁厚均匀，并且要采取有效措施减少热加工时的温度差异，进而避免机械零件变形。

（2）严格的过程控制。在进行机械零件的加工制造时，重视机械零件的变形问题，一定要采取准确有效的加工方法，安排足够的消除内应力的工序，减少机械零件的残余应力。

（3）要分工完成。在机械零件的加工过程中，一定要将其加工工序分为精加工和粗加工两个工序，而且为了保证机械零件内部应力的消除，必须要在两道工序之间，将机械零件存放一段时间；同时，还要保证在机械加工过程中工艺的基准性，这样，一方面可以保证日后便于修理，另一方面，可以有效地避免和减少由于加工过程中基准不一而造成的误差。

（4）自然时效处理和人工时效处理。在进行机械零件加工中，对于那些比较复杂或者是重要的零件，在完成精加工之后，其首要任务就是进行一次人工时效处理或者是自然时效处理，其最终目的就是为了减少机械零件在加工之后的应力和变形。